TWI826939B - 膜構造體 - Google Patents

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Abstract

相關於本發明之一態樣之成膜裝置，具有：被導電連接於接地電位的真空室(21)、被配置於前述真空室內的靶(TG)、對前述靶供給高頻電力的電力供給部(32)、對前述真空室內供給氣體的氣體供給部(23,24)、被配置於前述真空室內，使基板(SB)對向於前述靶而保持之絕緣性基板保持部(25b)、支撐部前述絕緣性基板保持部之導電性支撐部(42)、被配置於前述導電性支撐部與前述真空室之間的第1絕緣性構件(53)；前述導電性支撐部藉由前述第1絕緣性構件對前述真空室為電氣浮動狀態，接著前述基板的外周部與前述絕緣性基板保持部接觸，前述基板被保持於前述絕緣性基板保持部，前述基板對前述導電性支撐部為電氣浮動狀態，前述絕緣性基板保持部，平面俯視不與前述基板的中央部重疊。

Description

膜構造體
本發明係關於成膜裝置及成膜方法。
作為具有基板、被形成於基板上的導電膜、被形成於導電膜上的壓電膜之膜構造體，已知有具有基板、被形成於基板上的含鉑之導電膜，及被形成於導電膜上的含鈦鋯酸鉛(PZT)的壓電膜之膜構造體。
於國際公開第2016/009698號公報(專利文獻1)，揭示著於強介電體陶瓷，具備Pb(Zr1-ATiA)O3膜、被形成於該Pb(Zr1-ATiA)O3膜上的Pb(Zr1-xTix)O3膜，A及x滿足0≦A≦0.1及0.1<x<1之技術。
於日本特開2014-84494號公報(專利文獻2)，揭示著於矽基板(Si)上預先依序層積YSZ(8%Y2O3+92%ZrO2)、CeO2、LaSrCoO3之膜而形成的緩衝層上形成PZT(鈦鋯酸鉛)薄膜的技術。特別是在專利文獻2，揭示了LaSrCoO3(LSCO)對其他膜旋轉45°晶格之技術。
於非專利文獻1，揭示了再矽基板上，形成依序被層積YSZ、CeO2、La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)、SrRuO3(SRO)的緩衝層，於該緩衝層上，被形成c軸配向之 0.06Pb(Mn1/3,Nb2/3)O3-0.94Pb(Zr0.5Ti0.5)O3(PMnN-PZT)磊晶(epitaxial)薄膜之技術。於非專利文獻1，揭示了PMnN-PZT之晶格在面內方向對矽旋轉45°之技術。
於非專利文獻2，揭示了使用氧化鎂單晶坩鍋藉由助熔劑(flux)法育成的PbTiO3之相對介電常數在室溫下為150，為純粹的PbTiO3單晶之相對介電常數的1.5倍之技術。
於含鈦鋯酸鉛的壓電膜，在壓電膜的結晶性等品質並非良好的場合，壓電膜的壓電特性會降低。另一方面，壓電膜的結晶性等品質良好的場合，壓電膜的壓電特性提升，而壓電膜的相對介電常數不會變小的話，例如在把該壓電膜作為壓力感測器使用的場合，會因為例如壓力感測器的容量變大等理由，而使壓力感測器的檢測感度降低，而有該壓力感測器的檢測電路的設計變得困難之虞。
然而，使用從前的成膜裝置，要形成這樣結晶性等品質良好的鈦鋯酸鉛之壓電膜是困難的。
[先前技術文獻]
[專利文獻1] 國際公開第2016/009698號公報
[專利文獻2] 日本特開2014-84494號公報
[非專利文獻1] S. Yoshida et al., “Fabrication and characterization of large figure-of-merit epitaxial PMnN-PZT/Si transducer for piezoelectric MEMS sensors”, Sensors and Actuators A 239 (2016) 201-208
[非專利文獻2] 小舟正文、其他1人、「根據MgO單 晶製坩鍋之PbTiO3單晶之育成及評估」、窯業協會誌、1987年、第95巻、第11號、p.1053-1058
本發明之一態樣，以提供形成結晶性良好的膜之成膜裝置或成膜方法為課題。
以下，說明本發明之各種態樣。
一種成膜裝置，其特徵為具有：被導電連接於接地電位的真空室、被配置於前述真空室內的靶、對前述靶供給高頻電力的電力供給部、對前述真空室內供給氣體的氣體供給部、被配置於前述真空室內，使基板對向於前述靶而保持之絕緣性基板保持部、支撐前述絕緣性基板保持部之導電性支撐部、被配置於前述導電性支撐部與前述真空室之間的第1絕緣性構件；前述導電性支撐部藉由前述第1絕緣性構件對前述真空室為電氣浮動狀態，藉著前述基板的外周部與前述絕緣性基板保持部接觸，前述基板被保持於前述絕緣性基板保持部，前述基板對前述導電性支撐部為電氣浮動狀態，前述絕緣性基板保持部，平面俯視不與前述基板的中央部重疊。
根據前述[1]之成膜裝置，藉由對真空室為電氣浮動狀態的導電性支撐部來支撐絕緣性基板保持部，使保持於 該絕緣性基板保持部的基板對導電性支撐部為電氣浮動狀態，可以使成膜時蓄積於基板的電荷不會逃逸至接地電位。藉此，可以於基板蓄積多量的電荷，結果，可以形成結晶性良好之膜。
如前述[1]之成膜裝置，其中具有被配置於前述靶與前述基板之間，位在前述基板起30mm以內的距離之導電性防附著板，前述導電性防附著板對前述真空室為電氣浮動狀態。
根據前述[2]之成膜裝置，即使把導電性防附著板配置於基板其算30mm以內的距離，藉著使該導電性防附著板對真空室為電氣浮動狀態，可以使成膜時蓄積於基板的電荷不會逃逸至接地電位。
如前述[2]之成膜裝置，其中前述導電性防附著板被水冷。
如前述[2]或[3]之成膜裝置，其中具有被配置於前述真空室與前述導電性防附著板之間的第2絕緣性構件。
如前述[1]至[4]之任一之成膜裝置，其中前述基板與前述絕緣性基板保持部之接觸面積縮小到20mm2以下。
根據前述[4]之成膜裝置，藉由使基板與絕緣性基板保持部之接觸面積在20mm2以下，可以同時取得往基板之熱絕緣以及電絕緣。
如前述[1]至[5]之任一之成膜裝置，其中前述絕緣性基板保持部之角具有曲面。
如前述[1]至[6]之任一之成膜裝置，其中前述導電 性支撐部，包含支撐前述絕緣性基板保持部之第1導電性構件，前述第1導電性構件，以第1軸為中心而可與前述絕緣性基板保持部一體旋轉地設置，具有被配置在前述第1導電性構件與前述絕緣性基板保持部之間的第3絕緣性構件，前述成膜裝置，進而具有旋轉驅動前述第1導電性構件之旋轉驅動部。
如前述[1]至[6]之任一之成膜裝置，其中前述導電性支撐部，包含支撐前述絕緣性基板保持部之第2導電性構件，前述第2導電性構件，以第2軸為中心而可與前述絕緣性基板保持部一體旋轉地設置；前述第1絕緣性構件，中介在前述真空室與前述第2導電性構件之間，前述第2導電性構件為電氣浮動狀態，前述成膜裝置進而具有旋轉驅動前述第2導電性構件之旋轉驅動部。
如前述[7]之成膜裝置，其中具有加熱前述基板之基板加熱部，前述第3絕緣性構件，平面俯視具有包圍前述基板的包圍部，前述絕緣性基板保持部，平面俯視具有由前述包圍部朝向前述基板的中心側分別突出的複數個突出部，前述絕緣性基板保持部，在前述基板的外周部與前述複數個突出部之各個接觸的狀態下保持前述基板。
[10]如前述[1]至[9]之任一之成膜裝置，其中具有在前述真空室內保持前述靶之靶保持部，及對前述靶施加磁場的磁場施加部；被施加前述磁場的前述靶的表面之水平磁場為140~220G。
[11]如前述[10]之成膜裝置，其中前述靶的表面之前 述磁場，係沿著前述靶的表面。
[12]如前述[1]至[11]之任一之成膜裝置，其中前述成膜裝置，藉由濺鍍含有鈦鋯酸鉛的前述靶的表面而於前述基板的表面形成含有鈦鋯酸鉛之膜。
[13]如前述[1]至[12]之任一之成膜裝置，其中前述成膜裝置，藉由在前述真空室內濺鍍與前述基板下面對向配置之前述靶上面而於前述基板下面形成膜。
[14]一種成膜方法，其特徵係在被導電連接於接地電位的真空室內，藉著基板的外周部與絕緣性基板保持部接觸，藉由前述絕緣性基板保持部保持前述基板，藉由在前述真空室內濺鍍靶的表面而於前述基板的表面形成膜，前述絕緣性基板保持部，藉由對前述真空室為電氣浮動狀態的導電性支撐部被支撐，前述基板對前述導電性支撐部為電氣浮動狀態，前述絕緣性基板保持部平面俯視不與前述基板的中央部重疊。
[15]如前述[14]之成膜方法，其中導電性防附著板被配置於前述靶與前述基板之間，前述導電性防附著板位在前述基板起30mm以內的距離，前述導電性防附著板對前述真空室為電氣浮動狀態。
[16]如前述[14]之成膜方法，其中前述導電性防附著板被水冷。
[17]如前述[14]至[16]之任一之成膜方法，其中前述基板與前述絕緣性基板保持部之接觸面積在20mm2以下。
[18]如前述[14]至[17]之任一之成膜方法，其中藉由 磁場施加部對前述靶施加磁場，且在藉由電力供給部對前述靶供給高頻電力的狀態下，藉由濺鍍前述靶的表面，於前述基板的表面形成前述膜，被施加前述磁場的前述靶的表面之水平磁場為140~220G。
[19]如前述[18]之成膜方法，其中前述靶的表面之前述磁場，係沿著前述靶的表面。
[20]如前述[14]至[19]之任一之成膜方法，其中前述靶含有鈦鋯酸鉛，藉由濺鍍前述靶的表面而於前述基板的表面形成含有鈦鋯酸鉛之前述膜。
[21]如前述[20]之成膜方法，其中前述基板，包含：包含由(100)面所構成的主面之矽基板、被形成於前述主面上，具有立方晶結晶構造，且包含(100)配向的氧化鋯膜之第1膜、以及被形成於前述第1膜上，具有立方晶結晶構造，且包含(100)配向的鉑膜之第1導電膜；前述氧化鋯膜，以沿著前述氧化鋯膜的前述主面之<100>方向，與沿著前述矽基板的前述主面之<100>方向平行的方式配向；前述鉑膜，以沿著前述鉑膜的前述主面之<100>方向，與沿著前述矽基板的前述主面之<100>方向平行的方式配向；藉由濺鍍前述靶的表面，於前述第1導電膜上，形成具有正方晶之結晶構造，且包含(001)配向的第1鈦鋯酸鉛膜之第1壓電膜，前述第1鈦鋯酸鉛膜，具有由下列一般式(化學式1)所表示的鈦鋯酸鉛所構成的第1複合氧化物，Pb(Zr1-xTix)O3‧‧‧(化學式1)前述第1鈦鋯酸鉛膜，以沿著前述第1鈦鋯酸鉛膜的前述主面之< 100>方向，與沿著前述矽基板的前述主面之<100>方向平行的方式配向；前述x滿足0.32≦x≦0.52。
[22]如前述[14]至[21]之任一之成膜方法，其中藉由在前述真空室內濺鍍與前述基板下面對向配置之前述靶上面而於前述基板下面形成膜。
藉著適用本發明之一態樣，可以提供形成結晶性良好的膜之成膜裝置或成膜方法。
10:膜構造體
11:基板
11a:上面
12:配向膜
12a:氧化鋯膜
13、18:導電膜
13a:鉑膜
14、17f:膜
14a:SRO膜
15、16、17:壓電膜
15a、16a、17a:鈦鋯酸鉛膜
16g、17g:晶粒
20:成膜裝置
21:真空室
21a:底板部
21b、21e:側板部
21c、21f:頂板部
21d:蓋部
22:真空排氣部
23、24:氣體供給部
23a、24a:流量控制器
23b、24b:氣體供給管
25:基板保持部
25a:絕緣性包圍部
25b:突出部
25c:導電性包圍部
25d:階差部
25b1:角
26:支撐部
27:旋轉驅動部
27a:馬達
27b:皮帶
27c:帶輪
27d:旋轉軸
28:基板加熱部
29:防附著板
29a:冷卻管
31:靶保持部
32:電力供給部
32a:高頻電源
32b:整合器
33:VDC控制部
34:磁石部
35:磁石旋轉驅動部
41、42、45、46、47:導電性構件
41a、42a、45a:基部
41b、42b、45b:軸部
41c、42c、45c:接續部
43、56:螺絲
44:滑移環
51、52、53、54、55:絕緣性構件
BP1:背板(backing plate)
CE1:密封部
CN1:中心
CP1:強介電質電容器
EP:終點
OP1、OP2、OP3:開口
P1:分極成分
RA1:旋轉軸
SB:基板
SP:起點
TG:靶
TM1:靶材
圖1係實施型態之膜構造體之剖面圖。
圖2係實施型態之膜構造體具有作為上部電極之導電膜的場合之膜構造體之剖面圖。
圖3係由圖2所式的膜構造體除去基板及配向膜的場合膜構造體之剖面圖。
圖4係實施型態之膜構造體之其他例之剖面圖。
圖5係模式顯示實施型態之膜構造體所包含的2個壓電膜的剖面構造之圖。
圖6係模式顯示實施型態之膜構造體所包含的壓電膜的分極之電場依存性之圖。
圖7係說明包含於實施型態的膜構造體之各層的膜磊晶成長的狀態之圖。
圖8係模式顯示實施型態之成膜裝置之剖面圖。
圖9係模式顯示實施型態之成膜裝置之剖面圖。
圖10(A)係實施型態之成膜裝置具有的基板保持部 之平面圖，圖10(B)~(D)係顯示圖10(A)所示的突出部25b的形狀之圖。
圖11係實施型態之膜構造體的製造步驟中之剖面圖。
圖12係實施型態之膜構造體的製造步驟中之剖面圖。
圖13係實施型態之膜構造體的製造步驟中之剖面圖。
圖14係實施型態之膜構造體的製造步驟中之剖面圖。
圖15係實施型態的變形例之膜構造體之剖面圖。
圖16係顯示實施例1之膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜之例之圖。
圖17係顯示實施例1之膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜之例之圖。
圖18係顯示比較例1之膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜之例之圖。
圖19係顯示比較例1之膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜之例之圖。
圖20係顯示實施例1之膜構造體之根據XRD法之極點圖之例之圖。
圖21係顯示實施例1之膜構造體之根據XRD法之極點圖之例之圖。
圖22係顯示實施例1之膜構造體之根據XRD法之極點圖之例之圖。
圖23係顯示實施例1之膜構造體之根據XRD法之極點圖之例之圖。
圖24係顯示被形成於實施例1之17枚晶圓之各個的膜 構造體之分別的X線繞射圖案之繞射角度2θ004之圖。
圖25係顯示被形成於實施例1之12枚晶圓之各個的膜構造體之分別的X線繞射圖案之繞射角度2θ004之圖。
圖26係顯示實施例1之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。
圖27係顯示比較例1之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。
圖28係顯示實施例2之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。
圖29係顯示實施例3之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。
圖30係顯示實施例4之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。
圖31係顯示實施例5之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。
圖32係顯示匯集實施例1、實施例6至實施例8、比較例1及比較例2之成膜條件以及PZT的繞射角度2θ004及相對介電常數εr等之測定結果之表。
圖33係顯示實施例6之膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜之例之圖。
圖34係顯示實施例7之膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜之例之圖。
圖35係顯示實施例8之膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜之例之圖。
圖36係顯示比較例2之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。
圖37係顯示實施例6之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。
圖38係顯示實施例7之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。
圖39係顯示實施例8之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。
圖40係顯示實施例9之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。
圖41係顯示實施例10之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。
以下，使用圖式詳細說明本發明之實施型態及實施例。但本發明並不以下列說明為限，在不逸脫本發明的要旨及其範圍的情況下，可將其形態或者詳細內容加以種種變更，這對熟悉該項技藝者而言應屬容易理解的範圍。從而，本發明並不被限定解釋為以下所示的實施型態的記載內容及實施例。
此外，圖式可使說明更為明確，與實施的態樣相比，各部分的寬幅、厚度、形狀等亦有模式表示的場合，其終究只是一例示而已，並非用於限定本發明之解釋。
此外，於本說明書與各圖式，關於已經圖示而與先前 所述相同的要素會被賦予同一符號而適當省略詳細說明。
進而，於實施型態使用的圖式，亦有因應於圖式而省略供區別構造物之用而賦予的影線(網線)的情形。
又，於以下的實施型態，以A~B來顯示範圍的場合，在沒有特別說明的情況下，係指A以上B以下。
(實施型態) <膜構造體>
首先，說明本發明之一實施型態之實施的型態之膜構造體。圖1係實施型態之膜構造體之剖面圖。圖2係實施型態之膜構造體具有作為上部電極之導電膜的場合之膜構造體之剖面圖。圖3係由圖2所式的膜構造體除去基板及配向膜的場合膜構造體之剖面圖。圖4係實施型態之膜構造體之其他例之剖面圖。
如圖1所示，本實施型態之膜構造體10，具有基板11、配向膜12、導電膜13、膜14、壓電膜15。配向膜12，被形成於基板11上。導電膜13，被形成於配向膜12上。膜14，被形成於導電膜13上。壓電膜15，被形成於膜14上。
又，如圖2所示，本實施型態之膜構造體10，亦可具有導電膜18。導電膜18，被形成於壓電膜15上。此時，導電膜13，係作為下部電極之導電膜，導電膜18，係作為上部電極之導電膜。此外，如圖3所示，本實施型態之膜構造體10，亦可不具有基板11(參照圖2)及配向膜12(參照圖2)，而僅具有作為下部電極之導電膜13、膜14、壓 電膜15、與作為上部電極之導電膜18。
此外，如圖4所示，本實施型態之膜構造體10，亦可僅具有基板11、配向膜12、導電膜13。這樣的場合，可以把膜構造體10作為供形成壓電膜15之用的電極基板來使用，可以在導電膜13上磊晶成長，且可容易形成具有良好壓電特性的壓電膜15。
基板11，係由矽(Si)單晶所構成的矽基板。作為矽基板之基板11，包含由(100)面構成的主面之上面11a。配向膜12，被形成於上面11a，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之氧化鋯。導電膜13，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之鉑。藉此，壓電膜15，在包含具有鈣鈦礦(perovskite)型構造的複合氧化物的場合，可以使壓電膜15，在基板11上，成為以正方晶表示之(001)配向或以擬立方晶表示之(100)配向。
在此，所謂配向膜12為(100)配向，是指具有立方晶的結晶構造之配向膜12的(100)面，係沿著矽基板之基板11的作為由(100)面構成的主面之上面11a，較佳為平行於矽基板之基板11的(100)面所構成的上面11a。此外，配向膜12之(100)面平行於基板11之(100)面所構成的上面11a，是指不僅是配向膜12的(100)面完全平行於基板11的上面11a的場合，也包含完全平行於基板11的上面11a的面與配向膜12的(100)面之夾角在20°以下的場合。此外，不僅配向膜12，其他層之膜的配向也是相同的。
或者是，作為配向膜12，替代由單層膜所構成的配向膜12，改為由層積膜構成的配向膜12被形成於基板11上亦可。
較佳為配向膜12，磊晶成長於基板11的上面11a上，導電膜13，磊晶成長於配向膜12上。藉此，壓電膜15，在包含具有鈣鈦礦(perovskite)型構造的複合氧化物的場合，可以使壓電膜15磊晶成長於導電膜13上。
此處，把在基板11之作為主面的上面11a內相互正交的2個方向作為X軸方向及Y軸方向，把垂直於上面11a的方向作為Z軸方向時，某個膜磊晶成長，是指該膜在X軸方向、Y軸方向及Z軸方向之任一方向均為配向的。又，針對適切的上面11a內之配向方向，使用後述的圖7來進行說明。
膜14，以下列一般式(化學式4)表示，且包含以擬立方晶表示為(100)配向之複合氧化物。
Sr(Ti1-zRuz)O3‧‧‧(化學式4)
在此，z為滿足0≦z≦1。此外，在以下，亦有把z滿足z=0時之Sr(Ti1-zRuz)O3亦即SrTiO3稱為STO，z滿足0<z<1時之Sr(Ti1-zRuz)O3稱為STRO，z滿足z=1時之Sr(Ti1-zRuz)O3亦即SrRuO3稱為SRO之情形。
SRO具有金屬導電性，STO具有半導性或絕緣性。因此，z越接近1，越提高膜14的導電性，可以把膜14作為包含導電膜13的下部電極的一部分使用。
此處，膜14是藉由濺鍍法形成的場合，z以滿足 0≦z≦0.4為佳，以滿足0.05≦z≦0.2為更佳。z超過0.4的場合，前述一般式(化學式4)表示的複合氧化物變成粉，有無法充分固化之虞，要製造濺鍍靶會變得困難。
另一方面，膜14，例如藉由溶膠凝膠法等塗布法來形成的場合，即使z>0.4也可以容易形成。
以前述一般式(化學式4)表示，具有鈣鈦礦(perovskite)型構造的複合氧化物以擬立方晶表示為(100)配向，意味著如以下所述的場合。
首先，包含被排列為3次元的單位晶格，以一般式ABO3表示的鈣鈦礦(perovskite)型構造的晶格，考慮單位晶格含有1個原子A，1個原子B及3個氧原子的場合。
這樣的場合，以擬立方晶表示之(100)配向，意味著該單位晶格具有立方晶的結晶構造，而且為(100)配向的場合。此時，把該單位晶格的1邊的長度作為晶格常數ac。
另一方面，考慮以前述一般式(化學式4)表示，具有鈣鈦礦(perovskite)型構造的複合氧化物，具有斜方晶的結晶構造的場合。接著，考慮斜方晶的3個晶格常數之中的第1個晶格常數ao約略等於擬立方晶的晶格常數ac的21/2倍，斜方晶的3個晶格常數之中的第2個晶格常數bo約略等於擬立方晶的晶格常數ac的2倍，斜方晶的3個晶格常數之中的第3個晶格常數co約略等於擬立方晶的晶格常數ac的21/2倍的場合。又，在本案說明書，數值V1與數值V2約略相等，是指數值V1與數值V2之差的比，相對於數值V1 與數值V2的平均而言在5%程度以下。
此時，以擬立方晶表示為(100)配向，意味著以斜方晶表示為(101)配向或(020)配向。
膜14，由於以前述一般式(化學式4)表示，滿足0≦z≦1，所以擬立方晶之晶格常數ac滿足0.390nm≦ac≦0.393nm，如使用後述之圖7所說明的，可以使膜14在導電膜13上以擬立方晶表示被(100)配向。
壓電膜15，中介著膜14被形成於導電膜13上，具有正方晶之結晶構造，而且包含作為(001)配向的複合氧化物之鈦鋯酸鉛(PZT)。或者是，包含於壓電膜15的鈦鋯酸鉛(PZT)，包含具有正方晶的結晶構造的部分，與具有菱面體晶的結晶構造的部分的場合，壓電膜15中介著膜14被形成於導電膜13上，而且包含作為以擬立方晶表示為(100)配向的複合氧化物之鈦鋯酸鉛(PZT)亦可。
壓電膜15包含鈦鋯酸鉛(PZT)，意味著壓電膜15包含以下列一般式(化學式5)表示的複合氧化物。
Pb(Zr1-uTiu)O3‧‧‧(化學式5)
u滿足0<u<1。
此外，壓電膜15，具有正方晶之結晶構造，而且在包含(001)配向的鈦鋯酸鉛的場合，在本實施型態，於根據使用CuKα線的θ-2θ法之壓電膜15的X線繞射圖案，鈦鋯酸鉛的正方晶表示之(004)面的繞射峰的繞射角度為2θ004時，2θ004滿足下列式(數式1)。
2θ004≦96.5°‧‧‧(數式1)
藉此，鈦鋯酸鉛之正方晶表示之(004)面的間隔變長。或者是壓電膜15中之具有正方晶結晶構造，且(001)配向(c軸配向)之鈦鋯酸鉛的含有率，可以比壓電膜15中之具有正方晶之結晶構造，且(100)配向(a軸配向)之鈦鋯酸鉛的含有率還要大。亦即，包含於壓電膜15的複數晶粒之各個之分極方向可以排整齊，所以可提高壓電膜15的壓電特性。
另一方面，壓電膜15，包含擬立方晶表示(100)配向之鈦鋯酸鉛(PZT)的場合，可以考慮如下。
包含於壓電膜15的鈦鋯酸鉛，具有正方晶之結晶構造，正方晶的2個晶格常數為at及ct，at及ct滿足ct>at，單位晶格考慮相互正交的3個邊的長度為at、at及ct之直方體的場合。接著，考慮正方晶的晶格常數at約略等於擬立方晶的晶格常數ac，正方晶的晶格常數ct約略等於擬立方晶的晶格常數ac的場合。這樣的場合，鈦鋯酸鉛以擬立方晶表示成(100)配向，是指鈦鋯酸鉛在正方晶表示成(100)配向(a軸配向)，或者(001)配向(c軸配向)。
另一方面，考慮包含於壓電膜15的PZT，具有菱面體晶的結晶構造，菱面體晶的晶格常數為ar的場合。接著，考慮菱面體晶的晶格常數ar約略等於擬立方晶的晶格常數ac的場合。這樣的場合，PZT以擬立方晶表示成(100)配向，是指PZT在菱面體晶表示成(100)配向。
這樣的場合，在本實施型態，於根據使用CuKα線的 θ-2θ法之壓電膜15的X線繞射圖案，鈦鋯酸鉛的擬立方晶表示之(400)面的繞射峰的繞射角度為2θ400時，2θ400滿足前述式(數式1)，成為滿足替代2θ004而置換為2θ400之式(2θ400≦96.5°)。接著，藉此，鈦鋯酸鉛之擬立方晶表示之(400)面的間隔變長。因此，壓電膜15中之具有正方晶結晶構造，且(001)配向之鈦鋯酸鉛的含有率，可以比壓電膜15中之具有正方晶之結晶構造，且(100)配向之鈦鋯酸鉛的含有率還要大。亦即，包含於壓電膜15的複數晶粒之各個之分極方向可以排整齊，所以可提高壓電膜15的壓電特性。
此外，在本實施型態，壓電膜15的相對介電常數為εr時，εr滿足下列式(數式2)。
εr≦450‧‧‧(數式2)。
藉此，把膜構造體10，例如作為使用壓電效果的壓力感測器使用的場合，可以提高檢測感度，可以容易設計該壓力感測器之檢測電路。或者是，把膜構造體10，例如作為使用逆壓電效果的超音波振動件使用的場合，可以容易設計振盪電路。
於具有含鈦鋯酸鉛的壓電膜的膜構造體，由於例如膜密度小，或者鈦鋯酸鉛的含量少等理由，在壓電膜的結晶性等品質並非良好的場合，壓電膜的壓電特性會降低。另一方面於具有含鈦鋯酸鉛的壓電膜的膜構造體，由於例如膜密度大，或者鈦鋯酸鉛的含量多等理由，而使壓電膜的結晶性等品質良好的場合，壓電膜的壓電特性會提高，而 壓電膜的相對介電常數不會小。
如此，於具有含鈦鋯酸鉛的壓電膜的膜構造體，使壓電膜的壓電特性提高時，會有壓電膜的相對介電常數不小的情形。接著，壓電膜的相對介電常數不會變小的話，例如在把該壓電膜作為壓力感測器使用的場合，會因為例如壓力感測器的容量變大等理由，而使壓力感測器的檢測感度降低，而有該壓力感測器的檢測電路的設計變得困難之虞。
在本實施型態之膜構造體10，2θ004滿足前述式(數式1)，且εr滿足前述式(數式2)。藉由使2θ004滿足前述式(數式1)，於壓電膜15中，可以使其具有正方晶的結晶構造，且(001)配向的鈦鋯酸鉛的含有率變大，所以可提高壓電特性。。此外，藉由εr滿足前述式(數式2)，使得相對介電常數變小，所以可增大壓力感測器的檢測感度。亦即，根據本實施型態之膜構造體10的話，可以提高壓電特性，而且可以提高使用了壓電效果的感測器的檢測感度。亦即，於具有含鈦鋯酸鉛的壓電膜的膜構造體，可以使壓電膜的壓電特性提高，而且可以提高使用了該壓電膜的壓力感測器的檢測感度。
如前述非專利文獻2所記載的，在PbTiO3，為單晶狀，包含配向性等的結晶性提高的話，相對介電常數變低。亦即，PZT也與PbTiO3同樣，由於使包含薄膜的配向性的結晶性提高，而使得相對介電常數變低。亦即，膜構造體10之相對介電常數εr低到450以下，顯示包含鈦鋯酸 鉛的壓電膜之壓電膜15變成單晶狀。
適切者為，膜構造體10具有導電膜18的場合，導電膜13與導電膜18之間施加具有1kHz的頻率的交流電壓而測定的壓電膜15的相對介電常數為εr時，壓電膜15的εr滿足前述式(數式2)。藉由使在具有這樣的頻率的交流電壓下之相對介電常數變小，例如可以使檢測電路的時脈頻率提高，可以提高使用了膜構造體10的壓力感測器之回應速度。
膜構造體10具有導電膜18的場合，藉由導電膜13、導電膜15及導電膜18形成強介電質電容器CP1。接著，壓電膜15之εr，根據對導電膜13與導電膜18之間施加具有1kHz的頻率的交流電壓時之強介電質電容器CP1的靜電電容而算出。
適切者為，壓電膜15的殘留分極值為Pr時，Pr滿足下列式(數式3)。
Pr≧28μC/cm2‧‧‧(數式3)
殘留分極值，是成為也是強介電質之壓電體的強介電特性的指標之值，但一般而言，強介電特性優異的壓電膜，壓電特性也優異。亦即，藉由壓電膜15的Pr滿足前述式(數式3)，可以提高壓電膜15的強介電特性，所以壓電膜15的壓電特性也可以提高。
又，Pr滿足Pr≧40μC/cm2較佳，滿足Pr≧50μC/cm2更佳，滿足Pr≧55μC/cm2又更佳。Pr越大，越能提高壓電膜15的強介電特性，所以壓電膜15的壓電特性也可以更為提 高。
膜構造體10具有導電膜18的場合，測定顯示使施加於導電膜13與導電膜18之間的電壓改變時之壓電膜15的分極變化之分極電壓遲滯曲線(參照後述的圖6)時，使被施加於導電膜13與導電膜18之間的電壓由0往正側增加再度回到0時的分極值，為壓電膜15的殘留分極值Pr。此外，施加於導電膜13與導電膜18之間的電壓由0往負側減少再度回到0時之分極值，為壓電膜15的殘留分極值-Pr。
亦即，測定顯示使施加於壓電膜15的電場改變時之壓電膜15的分極變化之分極電場遲滯曲線時，使被施加於壓電膜15的電壓由0往正側增加再度回到0時的分極，為壓電膜15的殘留分極值Pr。此外，施加於壓電膜15的電場由0往負側減少再度回到0時之分極，為壓電膜15的殘留分極值-Pr。
如圖2所示，膜構造體10具有導電膜18的場合，藉由導電膜13、導電膜15及導電膜18形成強介電質電容器CP1。這樣的場合，壓電膜15之Pr，為強介電質電容器CP1的殘留分極值。
適切者為壓電膜15包含壓電膜16及壓電膜17。壓電膜16，包含由被形成於膜14上的鈦鋯酸鉛所構成的複合氧化物。壓電膜17，包含由被形成於壓電膜16上的鈦鋯酸鉛所構成的複合氧化物。壓電膜16具有壓縮應力，壓電膜17具有拉伸應力。
考慮壓電膜16具有拉伸應力，壓電膜17具有拉伸應力 的場合。這樣的場合，膜構造體10，在以基板11的上面11a為主面時，容易以具有往下凸出的形狀的方式變成翹曲。因此，例如使用光蝕刻技術加工膜構造體10的場合之形狀精度會降低，使得加工膜構造體10而形成的壓電元件的特性也降低。
此外，考慮壓電膜16具有壓縮應力，壓電膜17具有壓縮應力的場合。這樣的場合，膜構造體10，在以基板11的上面11a為主面時，容易以具有往上凸出的形狀的方式變成翹曲。因此，例如使用光蝕刻技術加工膜構造體10的場合之形狀精度會降低，使得加工膜構造體10而形成的壓電元件的特性也降低。
另一方面，在本實施型態，壓電膜16具有壓縮應力，壓電膜17具有拉伸應力。藉此，與壓電膜16及壓電膜17之任一都具有拉伸應力的場合相比，可以減低膜構造體10翹曲之翹曲量，與壓電膜16及壓電膜17之任一都具有壓縮應力的場合相比，可以減低膜構造體10翹曲之翹曲量。因此，例如可以提高使用光蝕刻技術加工膜構造體10的場合之形狀精度，可以提高加工膜構造體10而形成的壓電元件的特性。
又，所謂壓電膜16具有壓縮應力，壓電膜17具有拉伸應力，是指例如在由膜構造體10依序除去壓電膜17及壓電膜16時，可以藉由在壓電膜17之除去前後，基板11從下為凸側變形為上為凸側，在壓電膜16之除去前後，基板11從上為凸側變形為下為凸側，而確認。
適切者為，壓電膜16包含以下列一般式(化學式6)表示的由鈦鋯酸鉛(PZT)構成的複合氧化物。
Pb(Zr1-xTix)O3‧‧‧(化學式6)
在此，x滿足0.32≦x≦0.52。
其中，x滿足0.32≦x≦0.48的場合，包含於壓電膜16的PZT，原本該具有菱面體結晶的結晶構造之組成，主要藉由來自基板11的拘束力等，具有正方晶的結晶構造，而且容易成(001)配向。接著，含PZT的壓電膜16，磊晶成長於膜14上。又，x滿足0.48<x≦0.52的場合，包含於壓電膜16的PZT，原本就是具有正方晶的結晶構造之組成的緣故，具有正方晶的結晶構造，而且成(001)配向。接著，含PZT的壓電膜16，磊晶成長於膜14上。藉此，包含於壓電膜16的鈦鋯酸鉛之分極軸的方向可以約略垂直地配向於上面11a，所以可提高壓電膜16的壓電特性。
此外，適切者為，壓電膜17包含以下列一般式(化學式7)表示的由鈦鋯酸鉛(PZT)構成的複合氧化物。
Pb(Zr1-yTiy)O3‧‧‧(化學式7)
在此，y滿足0.32≦y≦0.52。
其中，y滿足0.32≦y≦0.48的場合，包含於壓電膜17的PZT，原本該具有菱面體結晶的結晶構造之組成，主要藉由來自基板11的拘束力等，具有正方晶的結晶構造，而且容易成(001)配向。接著，含PZT的壓電膜17，磊晶成長於壓電膜16上。又，y滿足0.48<y≦0.52的場合，包含於壓電膜17的PZT，原本就是具有正方晶的結晶構造之 組成的緣故，具有正方晶的結晶構造，而且成(001)配向。接著，含PZT的壓電膜17，磊晶成長於壓電膜16上。藉此，包含於壓電膜17的鈦鋯酸鉛之分極軸的方向可以約略垂直地配向於上面11a，所以可提高壓電膜17的壓電特性。
如使用後述的圖14所說明的，具有壓縮應力的壓電膜16，例如可以藉由濺鍍法形成。此外，說明膜構造體的製造步驟時，如使用後述的圖1所說明的，具有拉伸應力的壓電膜17，例如可以藉由溶膠凝膠法等塗布法來形成。
圖5係模式顯示實施型態之膜構造體所包含的2個壓電膜的剖面構造之圖。圖5係藉由掃描型電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope：SEM)觀察藉由劈開包含於圖1所示的實施型態之膜構造體10的基板11所形成的剖面，亦即破斷面之觀察影像之中，模式顯示壓電膜16及壓電膜17。
圖6係模式顯示實施型態之膜構造體所包含的壓電膜的分極之電場依存性之圖。圖6係模式顯示使包含於圖2所示的實施型態的膜構造體10的下部電極(導電膜13)與上部電極(導電膜18)之間的電場時的壓電膜15的分極的變化之分極電場遲滯(hysteresis)曲線之圖。
如圖5所示，藉由濺鍍法形成壓電膜16的場合，壓電膜16，包含從壓電膜16的下面至上面為止分別被一體地形成之複數晶粒16g。此外，在基板11的主面(圖1的上面11a)內互為相鄰的2個晶粒16g之間，不容易殘留空孔或 空隙。因此，藉由集束離子束(Focused Ion Beam：FIB)法來加工而在壓電膜16形成供在SEM觀察之用的剖面的場合，該剖面容易看成是單一的剖面，晶粒16g難以被觀察到。
另一方面，藉由塗布法形成壓電膜17的場合，壓電膜17包含複數層在壓電膜17的厚度方向上相互層積之層的膜17f。作為各個複數之層的膜17f，包含由1層之膜17f的下面至上面為止分別一體地形成的複數晶粒17g。此外，在壓電膜17的厚度方向上互為相鄰的2層膜17f之間，會有空孔或空隙殘留。
如圖5所示，適切者為複數晶粒之各個具有自發分極。此自發分極，包含平行於壓電膜16的厚度方向的分極成分P1，包含於複數晶粒之各個所具有的自發分極之分極成分P1，彼此朝向相同方向。
這樣的場合，如圖6所示，於初期狀態，壓電膜15具有大的自發分極。因此，由電場為0的起點SP起使電場往正側增加再度回到0以後，使電場往負側減少再度回到0的終點EP的場合之顯示壓電膜15的分極的電場依存性之遲滯曲線，顯示由離開原點的點為起點SP之曲線。亦即，把本實施型態的膜構造體10作為壓電元件使用的場合，在使用前，沒有必要對壓電膜15實施分極處理。
這應該是如此般的壓電膜15於初期狀態具有大的自發分極，例如，在使用後述的圖8至圖10說明的作為RF濺鍍裝置之成膜裝置來形成壓電膜16時，電漿或者電子，不容 易受到接地電位(零電位)的影響，藉著在靶與基板之間安定封入，可以在基板蓄積大量的電荷的緣故。
圖7係說明包含於實施型態的膜構造體之各層的膜磊晶成長的狀態之圖。又，在圖7模式顯示基板11、配向膜12、導電膜13、膜14及壓電膜15之各層。
包含於基板11的矽的晶格常數、包含於配向膜12的ZrO2的晶格常數、包含於導電膜13的Pt的晶格常數、包含於膜14的SRO的晶格常數、及包含於壓電膜15的PZT的晶格常數顯示於表1。
Figure 111107128-A0101-12-0026-1
如表1所示，Si的晶格常數為0.543nm、ZrO2的晶格常數為0.511nm、相對於Si的晶格常數之ZrO2的晶格常數的不整合為6.1%相對較小，所以相對於Si的晶格常數之ZrO2的晶格常數的整合性是好的。因此，如圖7所示，可以使包含ZrO2的配向膜12，在包含矽單晶的基板11之(100)面構成的作為主面之上面11a上磊晶成長。亦即，可以使包含ZrO2的配向膜12，在包含矽單晶的基板11之(100)面上，以立方晶的結晶構造成(100)配向，可以提高配 向膜12的結晶性。
配向膜12，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之氧化鋯膜12a。這樣的場合，氧化鋯膜12a，係以沿著氧化鋯膜12a之由矽基板構成的基板11的作為主面之上面11a的<100>方向，與基板11自身的上面11a的<100>方向成為平行的方式進行配向。
又，氧化鋯膜12a之沿著基板11的上面11a之<100>方向，與矽基板構成的基板11自身的上面11a之<100>方向為平行，是不只包含了氧化鋯膜12a之<100>方向與沿著基板11自身的上面11a之<100>方向完全平行的場合，還包含氧化鋯膜12a的<100>方向與沿著基板11自身的上面11a之<100>方向之夾角在20°以下的場合。此外，不僅氧化鋯膜12a，其他層之膜的面內的配向也是相同的。
另一方面，如表1所示，也可能是ZrO2的晶格常數為0.511nm、Pt的晶格常數為0.392nm、Pt在平面內旋轉45°的話，對角線的長度成為0.554nm，相對於ZrO2的晶格常數之該對角線長度的不整合為8.1%相對較小的緣故，而可以使包含Pt的導電膜13，在包含ZrO2的配向膜12的(100)面上磊晶成長。例如，在前述專利文獻2及前述非專利文獻1，報告了不是Pt膜而由具有與Pt的晶格常數相同程度的晶格常數(0.381nm)的LSCO所構成的LSCO膜之面內之<100>方向，與矽基板的主面內之<110>方向成平行的方式配向著。
但是，本案發明人等，首先發現了對Pt的晶格常數對 ZrO2的晶格常數之不整合高達26%，但Pt不在平面內旋轉45°，就可以使包含Pt的導電膜13在矽基板上磊晶成長。亦即，導電膜13，為具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之鉑膜13a者。這樣的場合，鉑膜13a，係以沿著鉑膜13a之由矽基板構成的基板11的上面11a的<100>方向，與基板11自身的上面11a的<100>方向成為平行的方式進行配向。可知如此進行，可使包含Pt的導電膜13，在包含ZrO2的配向膜12之(100)面上，以立方晶的結晶構造成(100)配向，可以提高導電膜13的結晶性。
又，藉由調整形成ZrO2時的條件，或者形成Pt時的條件，可以在Pt在平面內旋轉45°的狀態下，亦即於基板11的主面內，Pt的<100>方向沿著Si的<110>方向的狀態下，於在包含ZrO2的配向膜12的(100)面上使包含Pt的導電膜13磊晶成長。
此外，如表1所示，Pt的晶格常數為0.392nm、SRO的晶格常數為0.390~0.393nm、相對於Pt的晶格常數之PZT的晶格常數的不整合為0.5%以下相對較小，所以相對於Pt的晶格常數之SRO的晶格常數的整合性是好的。因此，如圖7所示，可以使包含SRO的膜14，在包含Pt的導電膜13之(100)面上磊晶成長。也就是說，可以使包含SRO的膜14，在包含Pt的導電膜13之(100)面上，以立方晶的結晶構造成(100)配向，可以提高膜14的結晶性。
膜14，具有擬立方晶之結晶構造，且為包含(100)配向之SRO膜14a者。這樣的場合，SRO膜14a，係以沿著 SRO膜14a之由矽基板構成的基板11的上面11a的<100>方向，與基板11自身的上面11a的<100>方向成為平行的方式進行配向。
此外，如表1所示，SRO的晶格常數為0.390~0.393nm、PZT的晶格常數為0.411nm、相對於SRO的晶格常數之PZT的晶格常數的不整合為4.5~5.2%相對較小，所以相對於SRO的晶格常數之PZT的晶格常數的整合性是好的。因此，如圖7所示，可以使包含PZT的壓電膜15，在包含SRO的膜14之(100)面上磊晶成長。也就是說，可以使包含PZT的壓電膜15，在包含SRO的膜14之(100)面上，以正方晶顯示成(001)配向或擬立方晶的結晶構造成(100)配向，可以提高壓電膜15的結晶性。
壓電膜15，具有正方晶之結晶構造，而且為包含(001)配向的鈦鋯酸鉛膜15a者。這樣的場合，鈦鋯酸鉛膜15a，係以沿著鈦鋯酸鉛膜15a之由矽基板構成的基板11的上面11a的<100>方向，與基板11自身的上面11a的<100>方向成為平行的方式進行配向。
如此，本案發明人等，首先發現了鈦鋯酸鉛不在平面內旋轉45°，就可以使包含鈦鋯酸鉛的壓電膜15在矽基板上磊晶成長。這是與例如在前述專利文獻2及前述非專利文獻1所記載的面內配向的關係完全不同之關係。
又，在膜14與壓電膜15之間，被形成包含鈦鋯酸鉛之膜亦可。該膜，以下列一般式(化學式8)表示，且包含以擬立方晶表示為(100)配向之複合氧化物亦可。
Pb(Zr1-vTiv)O3‧‧‧(化學式8)
此處，v滿足0≦v≦0.1。
藉此，可以使包含PZT的壓電膜15，在包含SRO的膜14之(100)面上，進而更容易地以正方晶顯示成(001)配向或擬立方晶的結晶構造成(100)配向，可以更容易提高壓電膜15的結晶性。
<成膜裝置>
其次，說明前述之可以使壓電膜的壓電特性提高，而且可以提高使用了該壓電膜的壓練感測器的檢測感度的膜構造體所包含的壓電膜15之中，供形成壓電膜16之成膜裝置。該成膜裝置，係藉由在真空室內濺鍍含有鈦鋯酸鉛的靶的表面而於基板的表面形成含有鈦鋯酸鉛之膜的濺鍍裝置。
又，在以下，說明適用於作為供形成壓電膜16的成膜裝置，藉由濺鍍在真空室內與基板的下面對向配置的靶的上面而在基板的下面形成膜之所謂的面朝下(face down)型濺鍍裝置之例。但是，供形成壓電膜16的成膜裝置，藉由濺鍍在真空室內與基板的上面對向配置的靶的下面而在基板的上面形成膜之所謂的面朝上(face up)型濺鍍裝置也可以適用。
圖8及圖9係模式顯示實施型態之成膜裝置之剖面圖。圖9係圖8的剖面圖之中擴大顯示基板保持部25及支撐部26附近。圖10係模式顯示實施型態之成膜裝置具有的基板保 持部之平面圖。
如圖8所示，成膜裝置20，具有真空室21、真空排氣部22、氣體供給部23及24、基板保持部25、支撐部26、旋轉驅動部27、基板加熱部28、防附著板29、靶保持部31、電力供給部32。基板保持部25，保持基板SB。作為基板SB，例如可以使用在前述基板11上被形成配向膜12、導電膜13及膜14的膜構造體。
真空室21，被設置為可真空排氣。真空排氣部22，把真空室21真空排氣。氣體供給部23，對真空室21內供給例如氬(Ar)氣體等稀有氣體。氣體供給部24，對真空室21內供給例如氧(O2)氣體或氮(N2)氣體等原料氣體。
真空室21，例如包含底板部21a、側板部21b、頂板部21c。於側板部21b，被形成開口OP1，於開口OP1，被連接著把真空室21進行真空排氣的真空排氣部22。作為真空排氣部22，例如可以使用冷凍泵(cryo pump)。
在圖8所示之例，於頂板部21c，被設有開口OP2，真空室21，包含氣密地塞住開口OP2的蓋部21d。蓋部21d，例如包含側板部21e，與頂板部21f。被形成於真空室21內的空間，與藉由側板部21e與頂板部21f包圍的空間連通。於頂板部21f，設有開口OP3。又，雖省略圖示，於側板部21b，被形成供把基板SB搬入真空室21內之用的搬入口。
氣體供給部23，中介著流量控制器23a被連接於氣體供給管23b，由氣體供給部23供給的稀有氣體，以流量控制器23a調整流量，由氣體供給管23b往真空室21內供給。 此外，氣體供給部24，中介著流量控制器24a被連接於氣體供給管24b，由氣體供給部24供給的原料氣體，以流量控制器24a調整流量，由氣體供給管24b往真空室21內供給。又，在圖8所示之例，圖示著氣體供給管23b與氣體供給管24b為同一的場合，但氣體供給管23b與氣體供給管24b亦可分別設置。
基板保持部25，在真空室21內保持基板SB。如圖8至圖10所示，基板保持部25，係在基板SB的外周部與基板保持部25接觸，而且在基板SB的中央部與基板保持部25隔離的狀態下，保持基板SB。
考慮基板保持部25例如於平面俯視與基板SB的下面全面重疊的場合，而且是基板保持部25例如與基板SB的下面全面接觸的場合。在這樣的場合，基板SB的中央部，不容易與基板保持部25為熱絕緣，容易受到來自基板保持部25的熱的影響。此外，基板SB的中央部容易受到基板保持部25的熱容量的影響，所以難以控制基板SB的中央部的溫度。因此，藉由基板加熱部28加熱基板SB時，基板SB的中央部之實際的溫度由目標溫度偏移掉等等理由，使得被成膜在基板SB表面的膜的結晶性等品質發生離散。
另一方面，在本實施型態，基板SB的外周部與基板保持部25接觸，但是基板SB的中央部與基板保持部25隔離。在這樣的場合，基板SB的中央部，容易與基板保持部25為熱絕緣，不容易受到來自基板保持部25的熱的影響。此外，基板SB的中央部不容易受到基板保持部25的熱容量的 影響，所以容易控制基板SB的中央部的溫度。因此，藉由基板加熱部28加熱基板SB時，可以防止或者抑制基板SB的中央部之實際的溫度由目標溫度偏移掉，可以防止或者抑制被成膜在基板SB表面的膜的結晶性等品質發生離散。
如前所述，本實施型態之成膜裝置20，是藉由濺鍍在真空室21內與基板SB的下面對向配置的靶TG的上面而在基板SB的下面形成膜之所謂的面朝下(face down)型濺鍍裝置。這樣的場合，藉由基板保持部25例如於平面俯視不與基板SB的下面重疊，而可以在基板SB的下面的中央部形成膜。
基板保持部25的形狀沒有特別限定，基板保持部25，最好是包含：由絕緣性構件所構成，而且於平面俯視包圍基板SB的絕緣性包圍部25a，以及由絕緣性構件所構成，且平面俯視由絕緣包圍部25a朝向基板SB的中心側分別突出之複數突出部25b為較佳。亦即，基板保持部25，以具有所謂的五德形狀為較佳(參照圖10(A))。此外，基板保持部25，以在基板SB的下面的外周部(外緣部)與複數突出部25b之各個的上面接觸的狀態下，保持基板SB為較佳。複數之突出部25b，藉由複數突出部25b保持的基板SB的重心，於平面俯視，以被配置在依序連結的複數突出部25b而形成的多角形的內部的方式，來進行配置為較佳。
一個突出部25b與基板SB接觸的面積越小，越可減少成膜時之往基板SB的熱影響及電氣影響，其接觸面積以 20mm2以下為佳。總之，藉著使基板SB與突出部25b之接觸面積儘量減少，可以同時取得熱絕緣與電氣絕緣，可以使電漿的電子對基板充電，同時不使蓄積於基板的熱逃逸掉。
突出部25b，具有圖10(B)~(D)所示的形狀。圖10(B)為突出部25b的正面圖，圖10(C)為突出部25b的上面圖，圖10(D)為突出側25b的側面圖。突出部25b之角25b1，不尖銳，具有曲面。相對於角若尖銳，被成膜於該角的膜容易剝落，角若具有曲面的話，被成膜於該角的膜變得不容易剝離，可以減少微粒。
又，突出部25b亦可被稱為絕緣性基板保持部，絕緣性包圍部25a與突出部25b合稱絕緣性基板保持部亦可。絕緣性包圍部25a亦可稱為第3絕緣性構件。
在這樣的場合，在基板SB的中央部下，基板保持部25之任一部分都未被配置，所以基板SB的中央部，更容易與基板保持部25為熱絕緣，更不容易受到來自基板保持部25的熱的影響。此外，基板SB的中央部更不容易受到基板保持部25的熱容量的影響，所以更容易控制基板SB的中央部的溫度。因此，藉由基板加熱部28加熱基板SB時，可以更為防止或者抑制基板SB的中央部之實際的溫度由目標溫度偏移掉，可以更為防止或者抑制被成膜在基板SB表面的膜的結晶性等品質發生離散。
針對絕緣性包圍部25a的絕緣性構件，及複數突出部25b之各個絕緣性構件，雖沒有特別限定，但例如以使用 溶融石英或合成石英等石英，或者氧化鋁(alumina)為較佳。其中，基板SB由矽基板構成的場合，從與基板SB接觸也不使基板SB汙染的觀點來看，複數突出部25b之各個絕緣性構件，由石英所構成為更佳。
此外，基板保持部25，進而由導電性構件所構成，包含包圍絕緣性包圍部25a的導電性包圍部25c亦可。於導電性包圍部25c的內緣部被形成階差部25d，藉由絕緣性包圍部25a的外緣部被保持於階差部25d，而形成基板保持部25亦可。
作為基板保持部25保持的基板SB，可以使用平面俯視具有圓形形狀的晶圓所構成的基板SB。此時，基板保持部25，在旋轉軸RA1通過基板SB的表面的中心CN1(參照圖10)的狀態下，可旋轉地保持基板SB。
又，可以使旋轉軸RA1延伸的方向，為與鉛直方向平行的方向。此時，被保持於基板保持部25的基板SB的表面，平行於水平面。
支撐部26，被安裝於真空室21，而且在真空室21內支撐基板保持部25。支撐部26，包含被安裝於真空室21，而且在真空室21內支撐基板保持部25之導電性構件(後述之導電性構件41及42)。支撐部26，以垂直於基板SB表面的旋轉軸RA1為中心，可與基板保持部25一體旋轉地設置。旋轉驅動部27，旋轉驅動支撐部26。
在圖8及圖9所示之例，支撐部26，作為導電性構件，包含被安裝於真空室21的導電性構件41、及被安裝於導電 性構件41的導電性構件42。導電性構件41及42，以旋轉軸RA1為中心可與基板保持部25一體旋轉地設置。旋轉驅動部27，旋轉驅動導電性構件41及42。
又，導電性構件42亦可稱為導電性支撐部，導電性構件42與導電性包圍部25c亦可合稱導電性支撐部。此外，導電性包圍構件25c亦可稱為第1導電性構件。此外，導電性構件42亦可稱為第2導電性構件。
導電性構件41，包含：具有圓筒形狀的基部41a、具有圓筒形狀，可與基部41a一體旋轉地設置，且具有比基部41a的直徑更小的直徑之軸部41b。此外，導電性構件41，具有環狀形狀，包含連接基部41a與軸部41b的接續部41c。基部41a、軸部41b及接續部41c被一體形成，基部41a、軸部41b及接續部41c例如由不銹鋼等金屬構成。
導電性構件41，以軸部41b由蓋部21d的開口OP3往上方突出的方式設置，由開口OP3往上方突出的軸部41b，例如藉由磁性流體密封件所構成的密封部CE1，氣密地安裝於開口OP3。此外，軸部41b，藉由密封部CE1，以能夠以垂直於基板SB表面的旋轉軸RA1為中心而旋轉地設置。因此，軸部41b，被安裝於蓋部21d亦即真空室21。此時，軸部41b，與真空室21導電連接。如前所述，真空室21例如由不銹鋼等金屬所構成，被接地。因此，導電性構件41也被接地。
旋轉驅動部27，例如包含馬達27a、皮帶27b與帶輪27c。軸部41b，透過帶輪27c及皮帶27b被連接於馬達27a 的旋轉軸27d。藉著馬達27a的旋轉驅動力，透過皮帶27b及帶輪27c，被傳達到軸部41b，旋轉驅動部27以旋轉軸RA1為中心，旋轉驅動導電性構件41。
導電性構件42，包含：具有圓筒形狀的基部42a、具有圓筒形狀，可與基部42a一體旋轉地設置，且具有比基部42a的直徑更小的直徑之軸部42b。此外，導電性構件42，具有環狀形狀，包含連接基部42a與軸部42b的接續部42c。基部42a、軸部42b及接續部42c被一體形成，基部42a、軸部42b及接續部42c例如由不銹鋼等金屬構成。
基部42a，以基部42a的外周面與基部41a的內周面對向的方式，設為與基部41a同心。軸部42b，以軸部42b的外周面與軸部41b的內周面對向的方式，設為與軸部41b同心。接續部42c，藉由絕緣性構件51固定於接續部41c，藉此，導電性構件42，被設為可與導電性構件41一體旋轉。作為絕緣性構件51，例如可以使用由氧化鋁(alumina)構成的絕緣性構件。
基部42a，使用例如由導電性構建構成的螺絲43固定於基板保持部25。因此，基板保持部25具有導電性包圍部25c的場合，亦即具有導電性的場合，導電性包圍部25c亦即基板保持部25的電位，等於基部42a亦即導電性構件42的電位。或者是，基板保持部25不具有導電性包圍部25c的場合，亦即不具有導電性的場合，基板保持部25之與螺絲43接觸的部分的電位，等於基部42a亦即導電性構件42的電位。
此外，如前所述，導電性構件42，藉由使用例如由導電性構件構成的螺絲43固定於基板保持部25，被安裝於真空室21的導電性構件41，成為中介著絕緣性構件51、導電性構件42以及螺絲43，支撐基板保持部25。此時，成為絕緣性構件51中介在導電性構件41與基板保持部25之間。
此外，導電性構件42，成為透過螺絲43支撐基板保持部25。此時，成為絕緣性構件53中介在真空室21與導電性構件42之間，導電性構件42對真空室21為電氣浮動狀態。
又，於導電性構件構成的螺絲43的周圍，設有絕緣性構件52。作為絕緣性構件52，可以使用例如由氧化鋁構成的絕緣性構件。此時，絕緣性構件52，被配置在導電性構件41與基板保持部25之間，所以也可以說是絕緣性構件52中介於導電性構件41與基板保持部25之間。
考慮絕緣性構件51未中介在導電性構件41與基板保持部25之間，導電性構件41與基板保持部25為電氣接觸的場合。這樣的場合，且基板保持部25具有導電性包圍部25c的場合，亦即具有導電性的場合，導電性包圍部25c亦即基板保持部25成為被接地的狀態，導電性包圍部25c，亦即基板保持部25的電位成為零電位。因此，在真空室21內使電漿產生而將靶TG予以濺鍍時，電漿或電子，容易受到接地電位(零電位)的影響，不容易安定地封入靶TG與基板SB之間。亦即，在形成例如鈦鋯酸鉛那樣的壓電膜的場合，成膜中之壓電膜的電荷分布難成一定，結晶性等膜的品質不易提高。
此外，基板保持部25不具有導電性包圍部25c的場合，亦即不具有導電性的場合，電漿或電子，也依然容易受到接地電位(零電位)的影響，依然不容易安定地封入靶TG與基板SB之間。
另一方面，在本實施型態，絕緣性構件52中介在導電性構件41與基板保持部25之間。這樣的場合，且基板保持部25具有導電性包圍部25c的場合，亦即具有導電性的場合，導電性包圍部25c，亦即基板保持部25成為電氣浮動狀態。因此，在真空室21內使電漿產生而將靶TG予以濺鍍時，電漿或電子，不容易受到接地電位(零電位)的影響，容易安定地封入靶TG與基板SB之間。亦即，在形成例如鈦鋯酸鉛那樣的壓電膜的場合，成膜中之壓電膜的電荷分布容易成一定，結晶性等膜的品質容易提高。
又，絕緣性構件53亦可稱為第1絕緣性構件，絕緣性構件52亦可稱為第1絕緣性構件，絕緣性構件53與絕緣性構件52亦可合稱第1絕緣性構件。
此外，即使基板保持部25不具有導電性包圍部25c的場合，亦即不具有導電性的場合，與導電性構件41與基板保持部25之間未中介著絕緣性構件52的場合相比，電漿或電子，不容易受到接地電位(零電位)的影響，容易安定地封入靶TG與基板SB之間。
又，某個構件具有導電性，意味著該構件的電阻率例如為10-6Ωm以下的場合。另一方面，某個構件具有絕緣性，意味著該構件的電阻率例如為108Ωm以上的場合。
如前所述，在真空室21與導電性構件42之間，中介著絕緣性構件52,53，導電性構件42為電氣浮動狀態。
考慮在真空室21與導電性構件42之間未中介著絕緣性構件53，真空室21與導電性構件42為電氣接觸的狀態。這樣的場合，且基板保持部25具有導電性包圍部25c的場合，亦即具有導電性的場合，導電性包圍部25c亦即基板保持部25成為被接地的狀態，導電性包圍部25c，亦即基板保持部25的電位成為零電位。因此，在真空室21內使電漿產生而將靶予以濺鍍時，電漿或電子，容易受到接地電位(零電位)的影響，不容易安定地封入靶TG與基板SB之間。
此外，基板保持部25不具有導電性包圍部25c的場合，亦即不具有導電性的場合，電漿或電子，也依然容易受到零電位的影響，依然不容易安定地封入靶TG與基板SB之間。
另一方面，在本實施型態，在真空室21與導電性構件42之間，中介著絕緣性構件53，導電性構件42為電氣浮動狀態。這樣的場合，且基板保持部25具有導電性包圍部25c的場合，亦即具有導電性的場合，導電性包圍部25c，亦即基板保持部25成為電氣浮動狀態。因此，在真空室21內使電漿產生而將靶TG予以濺鍍時，電漿或電子，不容易受到接地電位(零電位)的影響，容易安定地封入靶TG與基板SB之間。亦即，在形成例如鈦鋯酸鉛那樣的壓電膜的場合，成膜中之壓電膜的電荷分布容易成一定，結 晶性等膜的品質容易提高。
此外，即使基板保持部25不具有導電性包圍部25c的場合，亦即不具有導電性的場合，真空室21與導電性構件42之間未中介著絕緣性構件53的場合相比，電漿或電子，不容易受到接地電位(零電位)的影響，容易安定地封入靶TG與基板SB之間。
又，絕緣性構件53，亦可分別配置在例如軸部41b的上端部與軸部42b之間、軸部41b的下端部與軸部42b的下端部之間，以及接續部41c的下面與接續部42c的上面之間。作為絕緣性構件53，可以使用例如由PEEK(Poly Ether Ether Keton，聚醚醚酮)樹脂或氧化鋁構成的絕緣性構件。
此外，設置包圍導電性構件42的軸部42b之滑移環44亦可。滑移環44的內周面，接觸於軸部42b的外周面。這樣的場合，中介著滑移環44可以自在地控制軸部42b的電位，所以能夠以使導電性構件42的電位等於一定電位的方式來進行控制。
如圖8及圖9所示，支撐部26，亦可包含支撐基板保持部25的導電性構件45。導電性構件45，包含：具有圓筒形狀的基部45a、具有圓筒形狀，可與基部45a一體旋轉地設置，且具有比基部45a的直徑更小的直徑之軸部45b。此外，導電性構件45，具有環狀形狀，包含連接基部45a與軸部45b的接續部45c。基部45a、軸部45b及接續部45c被一體形成，基部45a、軸部45b及接續部45c例如由不銹鋼 等金屬構成。
在圖8及圖9所示之例，基部45a，以基部45a的外周面與基部42a的內周面對向的方式，設為與基部42a及基部41a同心。軸部45b，以軸部45b的外周面與軸部42b的內周面對向的方式，設為與軸部42b及軸部41b同心。接續部45c，藉由絕緣性構件54固定於接續部42c及接續部41c，藉此，導電性構件45，被設為可與導電性構件42及導電性構件41一體旋轉。
此外，如前所述，導電性構件42，藉由使用例如由導電性構件構成的螺絲43固定於基板保持部25，導電性構件45，成為中介著絕緣性構件51、導電性構件42以及螺絲43，支撐基板保持部25。此時，成為絕緣性構件52中介在導電性構件45與基板保持部25之間。
此外，如前所述，於導電性構件構成的螺絲43的周圍，設有絕緣性構件52。此時，絕緣性構件52，被配置在導電性構件45與基板保持部25之間，所以也可以說是絕緣性構件52中介於導電性構件45與基板保持部25之間。
又，亦可分別在軸部42b的上端部與軸部45b之間、軸部42b的下端部與軸部45b的下端部之間，以及接續部42c的下面與接續部45c的上面之間，中介著絕緣性構件54。作為絕緣性構件54，可以使用例如由PEEK樹脂或氧化鋁構成的絕緣性構件。
基板加熱部28加熱基板SB。基板加熱部28，與被保持於基板保持部25的基板SB的上面對向配置，且可與支撐部 26一體旋轉地設置。作為基板加熱部28，可以使用具備例如紅外線燈的燈單元。
防附著板29，由被安裝在真空室21的導電性構件所構成。防附著板29，係成膜裝置20，在藉由將靶TG的表面與以濺鍍而使成膜材料附著於基板SB的表面形成膜的場合，防止成膜材料附著在真空室21內之不想要使成膜材料附著的部分者。在本實施型態，防附著板29，平面俯視係防止成膜材料附著在被配置於保持在基板保持部25的基板SB的周圍之部分。在圖8所示之例，防附著板29，係防止成膜材料附著在基板保持部25。作為構成防附著板29的導電性構件，可以使用由不銹鋼構成的導電性構件。藉此，可以藉由例如被通以冷卻水的冷卻管29a而容易地調整防附著板29的溫度，可以減低防附著板29對於被保持於基板保持部25的基板SB的溫度造成的影響。
此外，防附著板29被配置距離基板SB在30mm以內(較佳為25mm以內，更佳為20mm以內)的距離。
此外，將防附著板29進行水冷為較佳的理由如下。不把防附著板予以水冷的話，附著於防附著板的膜的硬度會變高，容易剝離，相對於此，水冷防附著板29的話，膜在防附著板29的表面成長時之熱能會下降，膜應力也變小，所以附著之膜變成不易剝離。結果，可以延長成膜裝置之維修周期。
又，防附著板29亦可稱為導電性防附著板。
此外，在真空室21與防附著板29之間，中介著絕緣性 構件55，防附著板29為電氣浮動狀態。又，在真空室21與絕緣性構件55之間，中介著導電性構件46，在絕緣性構件55與防附著板29之間，中介著導電性構件47，導電性構件46與導電性構件47，在絕緣性構件55中介的狀態下，使用由絕緣性構件構成的螺絲56來締結亦可。
考慮在真空室21與防附著板29之間未中介著絕緣性構件55，真空室21與防附著板29為電氣接觸的場合。這樣的場合，防附著板29成為被接地的狀態，防附著板29的電位成為零電位。因此，在真空室21內使電漿產生而將靶TG予以濺鍍時，電漿或電子，容易受到接地電位(零電位)的影響，不容易安定地封入靶TG與基板SB之間。亦即，在形成例如鈦鋯酸鉛那樣的壓電膜的場合，成膜中之壓電膜的電荷分布難成一定，結晶性等膜的品質不易提高。
此外，使配置在由基板SB起30mm以內的距離之防附著板29成為接地電位而在基板SB形成壓電膜的話，位在基板SB之端的壓電膜會白濁。使防附著板29距離比30mm更遠的話，即使防附著板為接地電位，壓電膜雖不會白濁，但在那樣遠離的位置的防附著板，無法充分發揮作為防附著板之機能。
又，絕緣性構件55亦可稱為第2絕緣性構件。
另一方面，在本實施型態，絕緣性構件55中介在真空室21與防附著板29之間。這樣的場合，防附著板29成為電氣浮動狀態。因此，在真空室21內使電漿產生而將靶TG予以濺鍍時，電漿或電子，不容易受到接地電位(零電 位)的影響，容易安定地封入靶TG與基板SB之間。亦即，在形成例如鈦鋯酸鉛那樣的壓電膜的場合，成膜中之壓電膜的電荷分布容易成一定，結晶性等膜的品質容易提高。
如此，本實施型態之成膜裝置20，藉著不在基板SB的附近(具體而言由基板SB起算的距離在30mm以下，較佳為25mm以下，更佳為20mm以下的範圍內)配置導電性構件，或者即使把導電性構件配置在基板SB的附近也使成電氣浮動狀態，而可以在靶TG與基板SB之間使電漿或電子安定地封入。藉此，本案發明人等，首次發現，在形成例如鈦鋯酸鉛那樣的壓電膜的場合，成膜中之壓電膜的電荷分布容易成一定，結晶性等膜的品質提高，形成的壓電膜的強介電性及壓電性優異。藉此，於形成包含鈦鋯酸鉛的壓電膜之成膜裝置，可以形成結晶性等品質為良好的壓電膜。
此外，根據本實施型態的話，藉由對真空室21為電氣浮動狀態的支撐部26來支撐基板保持部25，可以使保持於該基板保持部25的基板SB對支撐部26成電氣浮動狀態。藉著如此雙重浮動，可以使成膜時蓄積於基板SB的電荷不會逃逸至接地電位。藉此，可以於基板蓄積多量的電荷，結果，可以形成結晶性良好之膜。
換句話說，藉著使基板SB由支撐部26浮動，可以防止電漿的電子所導致的從基板之電子洩漏。在基板蓄積多量電荷時，電漿會使來自基板的電荷逃逸至接地電位，或是 具有使其異常放電的性質，所以藉著儘可能抑制而可以形成結晶性良好之膜。
此外，藉著使被連接於接地電位的導電性構件遠離基板SB，可以使成膜於基板的壓電膜的白濁消除。
靶保持部31，在真空室21內保持靶TG。此外，靶TG，包含背板(backing plate)BP1、及被固定於背板BP1的一方之側的靶材TM1。被保持於靶保持部31的靶TG的表面，與基板SB的表面對向。在圖8所示之例，靶保持部31，被設於比基板保持部25更為下方，被保持於靶保持部31的靶TG的上面與被保持於基板保持部25的基板SB的下面對向。
電力供給部32，對靶TG供給高頻電力。藉著藉由電力供給部32對靶TG供給高頻電力，靶TG被濺鍍。亦即，本實施型態的成膜裝置20，為RF(Radio Frequency，射頻)濺鍍裝置。
電力供給部32，具有高頻電源32a與整合器32b。適切者為，高頻電源32a，是把高頻電力調變為脈衝狀的附有脈衝調變機能的高頻電源。高頻電源32a，被連接於整合器32b，整合器32b，被連接於靶TG的背板BP1。又，在本實施型態，電力供給部32將高頻電力中介著靶保持部31對靶TG供給，但也可以是電力供給部32將高頻電力直接供給至靶TG。
此外，成膜裝置，亦可具有把藉由電力供給部32供給高頻電力時把在靶TG所產生的直流成分的電壓VDC控制在 -200V以上-80V以下之VDC控制部33。VDC控制部33，具有VDC感測器、導電連接於電力供給部32。
適切者為成膜裝置20，具有磁石部34與磁石旋轉驅動部35。磁石部34，例如以旋轉軸RA1為中心可旋轉地設置。磁石旋轉驅動部35，以旋轉軸RA1為中心而旋轉驅動磁石部34，藉由被旋轉驅動的磁石部34，對靶TG施加磁場。亦即，本實施型態的成膜裝置為，RF磁控管濺鍍裝置。此外，磁石部34或磁石旋轉驅動部35，是對靶TG施加磁場的磁場施加部。
適切者為，被施加磁場的靶TG的表面(在圖8所示之例為上面)的水平磁場為140~220G。這是因為靶TG的表面的水平磁場比220G更大的話，靶TG表面的能量變得太高，基板上之膜全體變白濁，比140G更小的話，靶TG的表面能變得太小，成膜速度降低而變得不實用，結晶性也降低的緣故。靶TG的表面的水平磁場為140G以上的場合，與靶TG表面之磁束密度未滿140G的場合相比，電漿或電子安定地被封入靶TG的表面附近。另一方面，靶TG的表面的水平磁場為220G以下的場合，與靶TG表面之水平磁場超過220G的場合相比，電漿或電子不會太過於集中在靶TG的表面，而以適切的密度被封入。又，靶TG的表面之磁場，以沿著靶TG的表面為佳。
<膜構造體之製造方法>
其次，說明本實施型態之膜構造體之製造方法。圖11 至圖14係實施型態之膜構造體的製造步驟中之剖面圖。
首先，如圖11所示，準備基板11(步驟S1)。在步驟S1，例如準備由矽(Si)單晶所構成的矽基板之基板11。由矽單晶構成的基板11，具有立方晶的結晶構造，且具有由(100)面構成的作為主面之上面11a。基板11為矽基板的場合，於基板11之上面11a上，亦可被形成SiO2膜等氧化膜。
又，作為基板11，可以使用矽基板以外的各種基板，例如SOI(Silicon on Insulator)基板、矽以外之各種半導體單晶所構成的基板、藍寶石等各種氧化物單晶所構成的基板，或者表面被形成多晶矽膜的玻璃基板構成的基板等。
如圖11所示，把矽單晶構成的基板11之(100)面構成的上面11a內相互正交的2個方向作為X軸方向及Y軸方向，垂直於上面11a的方向作為Z軸方向。
其次，如圖12所示，於基板11上形成配向膜12(步驟S2)。在以下，於步驟S2，以使用電子束蒸鍍法形成配向膜12的場合為例進行說明，但也可以使用例如濺鍍法等各種方法來形成。
在步驟S2，首先，在把基板11配置在一定的真空氛圍中的狀態，把基板11加熱到例如700℃。
在步驟S2，接著，藉由使用了鋯(Zr)單晶的蒸鍍材料之電子束蒸鍍法使Zr蒸發。此時，藉由蒸發的Zr在例如被加熱至700℃的基板11上與氧反應，成膜成氧化鋯 (ZrO2)膜。接著，形成作為單層膜之ZrO2膜所構成的配向膜12。
配向膜12，在矽單晶構成的基板11之由(100)面構成的作為主面之上面11a上，進行磊晶成長。配向膜12，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之氧化鋯(ZrO2)。亦即，在由矽單晶構成的基板11之(100)面所構成的上面11a上，被形成由包含(100)配向的氧化鋯(ZrO2)的單層膜構成的配向膜12。
如使用前述之圖11所說明的，把矽單晶構成的基板11之(100)面構成的上面11a內相互正交的2個方向作為X軸方向及Y軸方向，垂直於上面11a的方向作為Z軸方向。此時，某個膜進行磊晶成長，是指該膜在X軸方向、Y軸方向及Z軸方向之任一方向均進行配向。
配向膜12，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之氧化鋯膜12a(參照圖7)。這樣的場合，氧化鋯膜12a，係以沿著氧化鋯膜12a之由矽基板構成的基板11的作為主面之上面11a的<100>方向，與基板11自身的上面11a的<100>方向成為平行的方式進行配向。
配向膜12的膜厚，以2~100nm為佳，10~50nm為更佳。藉由具有這樣的膜厚，可以磊晶成長，形成極接近單晶的配向膜12。
其次，如圖4所示，形成導電膜13(步驟S3)。
在此步驟S3，首先，形成作為磊晶成長於配向膜12上之作為下部電極的一部分之導電膜13。導電膜13由金屬構 成。作為由金屬構成的導電膜13，使用例如含鉑(Pt)的導電膜。
作為導電膜13，形成含Pt的導電膜的場合，於配向膜12上，以450~600℃之溫度，藉由濺鍍法，把磊晶成長之導電膜13，形成作為下部電極的一部分。含Pt的導電膜13，磊晶成長於配向膜12上。此外，包含於導電膜13的Pt，具有立方晶之結晶構造，且(100)配向。
導電膜13，為具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之鉑膜13a(參照圖7)者。這樣的場合，鉑膜13a，係以沿著鉑膜13a之由矽基板構成的基板11的上面11a的<100>方向，與基板11自身的上面11a的<100>方向成為平行的方式進行配向。
又，作為由金屬構成的導電膜13，替代使用含鉑(Pt)的導電膜，而改用例如含銥(Ir)的導電膜亦可。
在此步驟S3，接著使導電膜13在450~600℃之溫度進行熱處理。具體而言，在450~600℃之溫度藉由濺鍍法形成導電膜13之後，接著在450~600℃之溫度保持10~30分鐘進行熱處理為較佳。
熱處理導電膜13的溫度未滿450℃的場合，溫度太低的緣故，無法提高包含於導電膜13的鉑的結晶性，無法提高在導電膜13上中介著膜14形成的壓電膜15的結晶性。熱處理導電膜13的溫度超過600℃的場合，溫度太高，包含於導電膜13的鉑的晶粒會成長，反而無法提高鉑的結晶性，無法提高在導電膜13上中介著膜14形成的壓電膜15的 結晶性。另一方面，在450~600℃之溫度下熱處理導電膜13的場合，可以提高包含於導電膜13的鉑的結晶性，可以提高在導電膜13上中介著膜14形成的壓電膜15的結晶性。
此外，在450~600℃之溫度熱處理導電膜13的場合，以保持10~30分鐘進行熱處理為較佳。熱處理導電膜13的時間未滿10分鐘的場合，時間太短，無法提高包含於導電膜13的鉑的結晶性，無法提高在導電膜13上中介著膜14形成的壓電膜15的結晶性。熱處理導電膜13的溫度超過30分鐘的場合，時間太長，包含於導電膜13的鉑的晶粒會成長，反而無法提高鉑的結晶性，無法提高在導電膜13上中介著膜14形成的壓電膜15的結晶性。
其次，如圖13所示，形成膜14(步驟S4)。在此步驟S4，把包含以前述一般式(化學式4)表示的複合氧化物之膜14，在導電膜13上形成。作為以前述一般式(化學式4)表示的複合氧化物，例如可以形成包含鈦酸鍶(STO)、鈦酸釕酸鍶(STRO)、或者釕鍶(SRO)的導電膜。作為以前述一般式(化學式4)表示的複合氧化物形成含SRO的導電膜的場合，在步驟S4，變成在導電膜13上形成作為下部電極的一部分之作為導電膜的膜14。又，於前述一般式(化學式4)，z滿足0≦z≦1。
作為膜14，形成含STO、STRO或SRO的導電膜的場合，於導電膜13上，以600℃程度之溫度，藉由濺鍍法，把磊晶成長之膜14，形成作為下部電極的一部分。含STO、STRO或SRO的膜14，磊晶成長於導電膜13上。此 外，包含於膜14的STO、STRO或SRO，以擬立方晶表示或立方晶表示為(100)配向。
膜14，具有擬立方晶之結晶構造，且為包含(100)配向之SRO膜14a(參照圖7)者。這樣的場合，SRO膜14a，係以沿著SRO膜14a之由矽基板構成的基板11的上面11a的<100>方向，與基板11自身的上面11a的<100>方向成為平行的方式進行配向。
此外，替代濺鍍法，例如可藉由溶膠凝膠法等塗布法來形成膜14。這樣的場合，在步驟S4，首先，於膜14上，藉由塗布含有鍶及釕、鍶、鈦及釕，或者鍶及鈦的溶液，形成包含以前述一般式(化學式4)表示的複合氧化物之前驅體的膜。此外，藉由塗布法形成膜14的場合，在步驟S4，接著，藉由將膜熱處理使前驅體氧化進行結晶化，而形成包含以前述一般式(化學式4)表示的複合氧化物之膜14。
其次，如圖14所示，形成壓電膜16(步驟S5)。在此步驟S5，把包含以前述一般式(化學式6)表示的由鈦鋯酸鉛(PZT)構成的複合氧化物之壓電膜16，在膜14上例如藉由濺鍍法來形成。在此，於前述一般式(化學式6)，x滿足0.32≦x≦0.52。
其中，x滿足0.32≦x≦0.48的場合，包含於壓電膜16的PZT，原本該具有菱面體結晶的結晶構造之組成，主要藉由來自基板11的拘束力等，具有正方晶的結晶構造，而且容易成(001)配向。接著，含PZT的壓電膜16，磊晶 成長於膜14上。又，x滿足0.48<x≦0.52的場合，包含於壓電膜16的PZT，原本就是具有正方晶的結晶構造之組成的緣故，具有正方晶的結晶構造，而且成(001)配向。接著，含PZT的壓電膜16，磊晶成長於膜14上。藉此，包含於壓電膜16的鈦鋯酸鉛之分極軸的方向可以約略垂直地配向於上面11a，所以可提高壓電膜16的壓電特性。
壓電膜16，具有正方晶之結晶構造，而且為包含(001)配向的鈦鋯酸鉛膜16a(參照圖7)者。這樣的場合，鈦鋯酸鉛膜16a，係以沿著鈦鋯酸鉛膜16a之由矽基板構成的基板11的上面11a的<100>方向，與基板11自身的上面11a的<100>方向成為平行的方式進行配向。
例如，藉由濺鍍法形成壓電膜16時，可以藉由電漿使包含於壓電膜16的複數晶粒16g(參照圖5)之各個被分極。亦即，包含於被成膜的壓電膜16的複數晶粒16g之各個，具有自發分極。此外，複數晶粒16g之各個具有的自發分極，包含平行於壓電膜16的厚度方向的分極成分P1(參照圖5)。接著，複數晶粒16g之各個所具有的自發分極所包含的分極成分P1，彼此朝向相同方向。結果，被形成的壓電膜16，由進行分極處理之前，作為壓電膜16全體，具有自發分極。
亦即，在步驟S5，藉由濺鍍法形成壓電膜16時，可以藉由電漿使壓電膜16被分極。結果，如使用圖6說明的，把本實施型態的膜構造體10作為壓電元件使用的場合，在使用前，沒有必要對壓電膜16實施分極處理。
此外，在步驟S5，藉由濺鍍法形成壓電膜16時，例如，由於壓電膜16內有濺鍍粒子及氬(Ar)氣體射入而使壓電膜16膨脹，壓電膜16具有壓縮應力。
適切者為，在步驟S5，以425~475℃之溫度，且以0.29nm/s以下之成膜速度，形成包含作為複合氧化物之PZT的膜，形成由被成膜之膜所構成的壓電膜16。藉由這樣的條件，可以容易得到滿足前述式(數式1)及式(數式2)的膜構造體。
或者，適切者為，在步驟S5，以425~475℃之溫度，且以0.29nm/s以下之第1成膜速度，形成包含作為複合氧化物之PZT的下層膜。接著，在該下層膜之上，以425~475℃之溫度，且以比第1成膜速度更小的第2成膜速度，形成包含作為複合氧化物之PZT的上層膜，形成由被成膜之下層膜及上層膜所構成的壓電膜16。藉由這樣的條件，可以容易得到滿足前述式(數式1)及式(數式2)的膜構造體。
此處，說明用使用前述之圖8至圖10說明的成膜裝置20形成壓電膜16的成膜方法。
首先，藉由靶保持部31，在真空室21內保持靶TG。
其次，藉由基板保持部25，在真空室21內保持基板SB。作為基板SB，例如可以使用在前述基板11上被形成配向膜12、導電膜13及膜14的膜構造體。基板保持部25，藉由被安裝於真空室21的支撐部26支撐，在支撐部26與基板保持部25之間，或者真空室21與支撐部26之間，有絕緣 性構件51中介著。此外，基板保持部25，係在基板SB的外周部與基板保持部25接觸，而且在基板SB的中央部與基板保持部25隔離的狀態下，保持基板SB。支撐部26，包含導電性構件41及42。導電性構件41及42，以旋轉軸RA1為中心可與基板保持部25一體旋轉地設置。導電性構件42為電氣浮動狀態。藉此，電漿或電子，不容易受到接地電位(零電位)的影響，容易安定地封入靶TG與基板SB之間。
基板保持部25，包含：由絕緣性構件所構成，而且於平面俯視包圍基板SB的絕緣性包圍部25a，以及由絕緣性構件所構成，且平面俯視由絕緣包圍部25a朝向基板SB的中心側分別突出之複數突出部25b。基板保持部25，以在基板SB的下面的外周部(外緣部)與複數突出部25b之各個的上面接觸的狀態下，保持基板SB。藉此，藉由基板加熱部28加熱基板SB時，可以防止或者抑制基板SB的中央部之實際的溫度由目標溫度偏移掉。
其次，藉由基板加熱部28加熱基板SB，藉由旋轉驅動部27旋轉驅動導電性構件41及42，藉由磁石部34對靶TG施加磁場，而且對靶TG藉由電力供給部32供給高頻電力的狀態下，在真空室21內藉由濺鍍靶TG的表面而在基板SB的表面形成壓電膜16。
又，成膜裝置20，在藉由將靶TG的表面與以濺鍍而使成膜材料附著於基板SB的表面形成壓電膜16者，此時，藉由被安裝於真空室21的導電性構件所構成的防附著板 29，防止成膜材料附著在基板保持部25。此防附著板29與真空室21之間，中介著絕緣性構件55，防附著板29為電氣浮動狀態。藉此，電漿或電子，不容易受到接地電位(零電位)的影響，容易安定地封入靶TG與基板SB之間。
其次，如圖1所示，形成壓電膜17(步驟S6)。在此步驟S6，把包含以前述一般式(化學式7)表示的由鈦鋯酸鉛(PZT)構成的複合氧化物之壓電膜17，在壓電膜16上藉由例如溶膠凝膠法等塗布法來形成。以下，說明藉由溶膠凝膠法形成壓電膜17之方法。
在步驟S6，首先，於壓電膜16上，藉由塗布含有鉛、鋯及鈦的溶液，形成包含PZT之前驅體的膜。又，塗布含有鉛、鋯及鈦的溶液的步驟，反覆複數次亦可，藉此形成包含相互層積的複數膜之膜。
在步驟S6，接著，藉由將膜熱處理使前驅體氧化進行結晶化，而形成包含PZT之壓電膜17。在此，於前述一般式(化學式7)，y滿足0.32≦y≦0.48。
其中，y滿足0.32≦y≦0.48的場合，包含於壓電膜17的PZT，原本該具有菱面體結晶的結晶構造之組成，主要藉由來自基板11的拘束力等，具有正方晶的結晶構造，而且容易成(001)配向。接著，含PZT的壓電膜17，磊晶成長於壓電膜16上。又，y滿足0.48<y≦0.52的場合，包含於壓電膜17的PZT，原本就是具有正方晶的結晶構造之組成的緣故，具有正方晶的結晶構造，而且成(001)配向。接著，含PZT的壓電膜17，磊晶成長於壓電膜16上。 藉此，包含於壓電膜17的鈦鋯酸鉛之分極軸的方向可以約略垂直地配向於上面11a，所以可提高壓電膜17的壓電特性。
壓電膜17，具有正方晶之結晶構造，而且為包含(001)配向的鈦鋯酸鉛膜17a(參照圖7)者。這樣的場合，鈦鋯酸鉛膜17a，係以沿著鈦鋯酸鉛膜17a之由矽基板構成的基板11的上面11a的<100>方向，與基板11自身的上面11a的<100>方向成為平行的方式進行配向。
具有正方晶的結晶構造之PZT為(001)配向的場合，平行於[001]方向的分極方向，與平行於壓電膜15的厚度方向的電場方向相互平行，所以提高壓電特性。亦即，在具有正方晶的結晶構造的PZT，被施加沿著[001]方向的電場的場合，可得大的絕對值的壓電常數d33及d31。因此，可以使壓電膜15的壓電常數更為增大。又，在本說明書，針對壓電常數d31，亦有其符號原本為負，但是省略負號而以絕對值來表示的場合。
在步驟S6，例如，在熱處理時藉由使溶液中的溶媒蒸發，或者在前驅體被氧化被結晶化時藉由膜收窄，而使壓電膜17具有拉伸應力。
如此進行，形成包含壓電膜16及壓電膜17的壓電膜15，形成圖1所示的膜構造體10。亦即，步驟S5及步驟S6，被包含於在導電膜13上中介著膜14，形成含正方晶表示為(001)配向或擬立方晶表示為(100)配向，磊晶成長的鈦鋯酸鉛之壓電膜15的步驟。
其次，藉由使用θ-2θ法之X線繞射測定，測定壓電膜15的繞射圖案(步驟S7)。
壓電膜15，具有正方晶之結晶構造，而且在包含(001)配向的鈦鋯酸鉛的場合，在本實施型態，於根據使用CuKα線的θ-2θ法之壓電膜15的X線繞射圖案，鈦鋯酸鉛的正方晶表示之(004)面的繞射峰的繞射角度為2θ004時，2θ004滿足下列式(數式1)。
2θ004≦96.5°‧‧‧(數式1)
藉此，鈦鋯酸鉛之正方晶表示之(004)面的間隔變長。或者是，壓電膜15中之具有正方晶結晶構造，且(001)配向之鈦鋯酸鉛的含有率，可以比壓電膜15中之具有正方晶之結晶構造，且(100)配向之鈦鋯酸鉛的含有率還要大。亦即，包含於壓電膜15的複數晶粒之各個之分極方向可以排整齊，所以可提高壓電膜15的壓電特性。
另一方面，壓電膜15，包含以擬立方晶表示(100)配向之PZT的場合，在本實施型態，於根據使用CuKα線的θ-2θ法之壓電膜15的X線繞射圖案，鈦鋯酸鉛的擬立方晶表示之(400)面的繞射峰的繞射角度為2θ400時，2θ400滿足前述式(數式1)，成為滿足替代2θ004而置換為2θ400之式(2θ400≦96.5°)。
此外，在本實施型態，壓電膜15的相對介電常數為εr時，εr滿足下列式(數式2)。
εr≦450‧‧‧(數式2)。
藉此，把膜構造體10，例如作為使用壓電效果的壓力 感測器使用的場合，可以提高檢測感度，可以容易設計該壓力感測器之檢測電路。或者是，把膜構造體10，例如作為使用逆壓電效果的超音波振動件使用的場合，可以容易設計振盪電路。
又，形成壓電膜17後，於壓電膜17上，形成作為上部電極之導電膜18(參照圖2)亦可(步驟S8)。藉此，可以對壓電膜17在厚度方向施加電場。
此外，形成導電膜18後，對導電膜13與導電膜18之間施加具有1kHz的頻率的交流電壓測定相對介電常數亦可(步驟S9)。
適切者為，膜構造體10具有導電膜18的場合，導電膜13與導電膜18之間施加具有1kHz的頻率的交流電壓而測定的壓電膜15的相對介電常數為εr時，壓電膜15的εr滿足前述式(數式2)。
藉由使在具有這樣的頻率的交流電壓下之相對介電常數變小，例如可以使檢測電路的時脈頻率提高，可以提高使用了膜構造體10的壓力感測器之回應速度。
適切者為，壓電膜15的殘留分極值為Pr時，Pr滿足下列式(數式3)。
Pr≧28μC/cm2‧‧‧(數式3)
藉此，能提高壓電膜15的強介電特性，所以壓電膜15的壓電特性也可以提高。
又，在膜14與壓電膜15之間，形成包含鈦鋯酸鉛之膜亦可。該膜，以前述一般式(化學式8)表示，且包含以 擬立方晶表示為(100)配向之複合氧化物亦可。
<實施型態之變形例>
在實施型態，如圖1所示，被形成包含壓電膜16及壓電膜17之壓電膜15。但是，壓電膜15，亦可為僅包含壓電膜16。將這樣的例，作為實施型態之變形例來說明。
圖15係實施型態的變形例之膜構造體之剖面圖。
如圖15所示，本變形例之膜構造體10，具有基板11、配向膜12、導電膜13、膜14、壓電膜15。配向膜12，被形成於基板11上。導電膜13，被形成於配向膜12上。膜14，被形成於導電膜13上。壓電膜15，被形成於膜14上。壓電膜15包含壓電膜16。
亦即，本變形例之膜構造體10，壓電膜15不含壓電膜17(參照圖1)，僅包含壓電膜16這一點以外，與實施型態的膜構造體10是相同的。
壓電膜15，包含具有壓縮應力的壓電膜16，但不包含具有拉伸應力的壓電膜17(參照圖1)的場合，壓電膜15，與具有壓縮應力的壓電膜16以及具有拉伸應力的壓電膜17(參照圖1)都包含的場合相比，膜構造體10翹曲的翹曲量增加。但是，例如在壓電膜15的厚度很薄的場合，可以減低膜構造體10翹曲的翹曲量。因此，即使壓電膜15僅含有壓電膜16的場合，也可以提高例如使用光蝕刻技術加工膜構造體10的場合之形狀精度，可以提高加工膜構造體10而形成的壓電元件的特性。
又，本變形例的膜構造體10，也與實施型態的膜構造體10同樣，具有導電膜18(參照圖2)亦可。
[實施例]
以下，根據實施例進而詳細說明本實施型態。又，本發明並不受到以下實施例的限定。
(實施例1及比較例1)
在以下，把在實施型態使用圖1說明的膜構造體10，形成為實施例1之膜構造體。實施例1之膜構造體，於根據使用CuKα線的θ-2θ法之壓電膜15的X線繞射圖案，鈦鋯酸鉛的正方晶表示之(004)面的繞射峰的繞射角度為2θ004時，2θ004滿足前述式(數式1)。此外，在實施例1之膜構造體，壓電膜15的相對介電常數為εr時，εr滿足前述式(數式2)。另一方面，2θ004為滿足前述式(數式1)的膜構造體為比較例1之膜構造體。
以下，針對實施例1之膜構造體之形成方法進行說明。又，比較例1之膜構造體之形成方法，在使用RF濺鍍裝置形成壓電膜16時，被供給的高頻電力(功率)為2750W這一點，與被供給的高頻電力(功率)為2250W之實施例1的條件是不同的。
首先，如圖11所示，作為基板11，具有由(100)面構成的作為主面之上面11a，準備由6吋矽單晶構成的晶圓。
其次，如圖12所示，於基板11上，作為配向膜12，藉由電子束蒸鍍法形成氧化鋯(ZrO2)膜。此時的條件顯示如下。
裝置：電子束蒸鍍裝置
壓力：7.00×10-3Pa
蒸鍍源：Zr+O2
加速電壓/放射電流：7.5kV/1.80mA
厚度：24nm
成膜速度：0.005nm/s
氧氣流量：7sccm
基板溫度：500℃
其次，如圖4所示，於配向膜12上，作為導電膜13藉由濺鍍法形成了鉑(Pt)膜。此時的條件顯示如下。
裝置：DC濺鍍裝置
壓力：1.20×10-1Pa
蒸鍍源：Pt
電力：100W
厚度：150nm
成膜速度：0.14nm/s
Ar流量：16sccm
基板溫度：450~600℃
其次，熱處理Pt膜。此時的條件顯示如下。
裝置：DC濺鍍裝置
基板溫度(熱處理溫度)：450~600℃
熱處理時間：10~30分鐘
其次，如圖13所示，於導電膜13上，作為膜14藉由濺鍍法形成了SRO膜。此時的條件顯示如下。
裝置：RF磁控管濺鍍裝置
功率：300W
氣體：Ar
壓力：1.8Pa
基板溫度：600℃
成膜速度：0.11nm/s
厚度：20nm
其次，如圖14所示，於膜14上，作為壓電膜16，藉由濺鍍法形成了具有1μm的膜厚之Pb(Zr0.58Ti0.42)O3膜(PZT膜)。此時的條件顯示如下。
裝置：RF磁控管濺鍍裝置
功率：2250W
氣體：Ar/O2
壓力：0.6Pa
基板溫度：425℃
成膜速度：0.29nm/s
Ar流量：66sccm
氧氣流量：6sccm
成膜時間：4200s
其次，如圖1所示，於壓電膜16上，作為壓電膜17，藉由塗布法形成了Pb(Zr0.58Ti0.42)O3膜(PZT膜)。此 時的條件顯示如下。
使Pb、Zr及Ti之有機金屬化合物以成為Pb：Zr：Ti=100+δ：58：42之組成比的方式混合，對乙醇與2-正丁氧醇之混合溶媒，以使作為Pb(Zr0.58Ti0.42)O3之濃度成為0.35mol/l的方式調整使溶解之原料溶液。針對δ，為δ=20。接著，於原料溶液，進而溶解20g的重量之K值為27~33的聚咯烷酮。
其次，把調製的原料溶液之中的3ml的原料溶液，滴下至6吋晶圓構成的基板11上，以3000rpm旋轉10秒鐘，藉由把原料溶液塗布於基板11上，形成了包含前驅體的膜。接著，藉由在200℃的溫度之熱板上，將基板11載置30秒鐘，進而在450℃的溫度之熱板上，將基板11載置30秒鐘，使溶媒蒸發而使膜乾燥。其後，藉由在0.2MPa的氧(O2)氛圍中，以600~700℃熱處理60秒鐘氧化前驅體使結晶化，形成作為具有30nm膜厚之壓電膜17。
針對實施例1及比較例1之各個，測定了被形成製作為壓電膜17之PZT膜為止的膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜。亦即，針對實施例1及比較例1之各個，進行了根據θ-2θ法之X線繞射測定。
圖16至圖19之各個，係顯示被形成至PZT膜為止的膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜之例之圖。圖16至圖19之各個的圖的橫軸顯示角度2θ，圖16至圖19之各個的圖的縱軸顯示X線的強度。圖16及圖17顯示針對實施例1之結果，圖18及圖19顯示針對比較例1的結果。圖16及圖18顯示20° ≦2θ≦50°之範圍，圖17及圖19顯示90°≦2θ≦110°之範圍。
在圖16及圖17所示之例(實施例1)，於θ-2θ頻譜，相當於具有立方晶的結晶構造的Pt的(200)面及(400)面的峰，以及相當於具有正方晶顯示之PZT的(001)面、(002)面及(004)面的峰被觀測到。因此，可知在圖16及圖17所示之例(實施例1)，導電膜13包含具有正方晶的結晶構造，且(100)配向之Pt，壓電膜15包含立方晶顯示為(001)配向的PZT。
此外，在圖17所示之例(實施例1)，PZT之正方晶表示之(004)面的繞射峰之繞射角度為2θ004時，為2θ004=96.5°。因此，在圖16及圖17所示之例(實施例1)，2θ004滿足2θ004≦96.5°，可知滿足前述式(數式1)。
即使圖18及圖19所示之例(比較例1)，也與在圖16及圖17所示之例(實施例1)同樣，於θ-2θ頻譜，相當於具有立方晶的結晶構造的Pt的(200)面及(400)面的峰，以及相當於具有正方晶顯示之PZT的(001)面、(002)面及(004)面的峰被觀測到。因此，即使在圖18及圖19所示之例(比較例1)，也與在圖16及圖17所示之例(實施例1)同樣，導電膜13包含具有正方晶的結晶構造，且(100)配向之Pt，壓電膜15包含立方晶顯示為(001)配向的PZT。
但是，在圖19所示之例(比較例)，與圖17所示之例 (實施例1)不同，PZT之正方晶表示之(004)面的繞射峰之繞射角度為2θ004時，為2θ004=96.7°。因此，在圖18及圖19所示之例(比較例1)，可知2θ004未滿足2θ004≦96.5°，未滿足前述式(數式1)。
針對實施例1，進行根據XRD法之極點圖的測定，調查各層的膜的面內的配向之關係。圖20至圖23之各個，係顯示實施例1之膜構造體之根據XRD法之極點圖之例之圖。圖20係Si(220)面之極點圖，圖21係ZrO2(220)面之極點圖，圖22係Pt(220)面之極點圖，圖23係PZT(202)面之極點圖。
如前所述，配向膜12，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之氧化鋯膜12a(參照圖7)。這樣的場合，如圖20及圖21所示，可以明白氧化鋯膜12a係以沿著氧化鋯膜12a之由矽基板構成的基板11的作為主面之上面11a的<100>方向，與基板11自身的上面11a的<100>方向成為平行的方式配向著。換句話說，可以明白氧化鋯膜12a係以沿著氧化鋯膜12a之由矽基板構成的基板11的作為主面之上面11a的<110>方向，與基板11自身的上面11a的<110>方向成為平行的方式配向著。
此外，導電膜13，為具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之鉑膜13a者(參照圖7)。這樣的場合，如圖20及圖22所示，可以明白鉑膜13a係以沿著鉑膜13a之由矽基板構成的基板11的上面11a的<100>方向，與基板11自身的上面11a的<100>方向成為平行的方式配向著。換 句話說，可以明白鉑膜13a係以沿著鉑膜13a之由矽基板構成的基板11的上面11a的<110>方向，與基板11自身的上面11a的<110>方向成為平行的方式配向著。
此外，壓電膜15，具有正方晶之結晶構造，而且為包含(001)配向的鈦鋯酸鉛膜15a者。這樣的場合，如圖20及圖23所示，可以明白鈦鋯酸鉛膜15a係以沿著鈦鋯酸鉛膜15a之由矽基板構成的基板11的上面11a的<100>方向，與基板11自身的上面11a的<100>方向成為平行的方式配向著。換句話說，可以明白鈦鋯酸鉛膜15a係以沿著鈦鋯酸鉛膜15a之由矽基板構成的基板11的上面11a的<110>方向，與基板11自身的上面11a的<110>方向成為平行的方式配向著。
針對實施例1，在No.1至No.17之17枚晶圓之各個之上以相同條件形成至作為壓電膜17的PZT膜為止的膜構造體，測定了被形成的膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜。亦即，針對作為實施例1之17枚膜構造體，進行了根據θ-2θ法之X線繞射測定。
圖24係顯示被形成於作為實施例1之No.1至No.17之17枚晶圓之各個的膜構造體之分別的X線繞射圖案之繞射角度2θ004之圖。在圖24，針對某個膜構造體之繞射角度2θ004，把晶圓中心部之繞射角度2θ004顯示於左側，晶圓外周部之繞射角度2θ004顯示於右側。
如圖24所示，被形成於作為實施例1之17枚晶圓之各個的膜構造體，繞射角度2θ004，都比95.9°還大，而未滿 96.4°。亦即，可知作為實施例1的17枚晶圓，繞射角度2θ004，滿足前述式(數式1)。
此外，針對實施例1，進而在No.21至No.32之12枚晶圓之各個之上以相同條件形成至作為壓電膜17的PZT膜為止的膜構造體，測定了被形成的膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜。亦即，針對作為實施例1之12枚膜構造體，進行了根據θ-2θ法之X線繞射測定。
圖25係顯示被形成於作為實施例1之No.21至No.32之12枚晶圓之各個的膜構造體之分別的X線繞射圖案之繞射角度2θ004之圖。在圖25，也與圖24同樣，針對某個膜構造體之繞射角度2θ004，把晶圓中心部之繞射角度2θ004顯示於左側，晶圓外周部之繞射角度2θ004顯示於右側。
如圖25所示，被形成於作為實施例1之12枚晶圓之各個的膜構造體，繞射角度2θ004，都比96.0°還大，而未滿96.25°。亦即，可知作為實施例1的17枚晶圓，繞射角度2θ004，滿足前述式(數式1)。
又，於圖18及圖19之θ-2θ頻譜，PZT之正方晶表示為(00n)面(n為自然數)之高角側，被觀察到峰。這應該是例如具有正方晶的結晶構造的PZT之(100)配向的部分存在著微量的含有率，該部分作為應力緩和層發揮機能的緣故。
其次，如圖2所示，於壓電膜15上，作為導電膜18藉由濺鍍法形成了鉑(Pt)膜。其後，對導電膜13與導電膜18之間施加電壓測定了分極的電壓依存性。
圖26係顯示實施例1之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。圖27係顯示比較例1之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。圖26及圖27之各個的圖的橫軸顯示電壓，圖26及圖27之各個的圖的縱軸顯示分極(於以下之顯示分極的電壓依存性之圖也同樣)。
根據圖26，於實施例1之膜構造體，相對介電常數εr為450以下(實測值450)，殘留分極值Pr為28μC/cm2以上(實測值28μC/cm2)。此外，形成懸臂，使用形成的懸臂測定壓電常數d31時，壓電常數d31為200pm/V。
另一方面，根據圖27，於比較例1之膜構造體，相對介電常數εr超過450(實測值800)，殘留分極值Pr為未滿28μC/cm2(實測值10μC/cm2)。此外，與實施例1同樣測定壓電常數d31時，壓電常數d31為140pm/V。如前所述，比較例1之膜構造體之形成方法，在使用RF濺鍍裝置形成壓電膜16時，被供給的高頻電力(功率)為2750W這一點，與被供給的高頻電力為2250W之實施例1的條件是不同的。
亦即，根據實施例1及比較例1的話，可明白於本實施型態之膜構造體，形成壓電膜16時供給的高頻電力在一定範圍內時，相對介電常數εr滿足前述式(數式2)，殘留分極值Pr滿足前述式(數式3)。此處，在以下，形成實施例2至實施例9以及比較例2之膜構造體，詳細調查相對介電常數εr滿足前述式(數式2)，殘留分極值Pr滿足前述式(數式3)的條件。
(實施例2及實施例3)
於實施例1之膜構造體之製造方法，除了把形成壓電膜16時的基板溫度由425℃變更為450℃以外，與實施例1之膜構造體之製造方法同樣進行，形成了實施例2之膜構造體。此外，於實施例1之膜構造體之製造方法，除了把形成壓電膜16時的基板溫度由425℃變更為475℃以外，與實施例1之膜構造體之製造方法同樣進行，形成了實施例3之膜構造體。
針對實施例2及實施例3之膜構造體，對導電膜13與導電膜18之間施加電壓測定了分極的電壓依存性。圖28係顯示實施例2之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。圖29係顯示實施例3之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。
根據圖28，於實施例2之膜構造體，相對介電常數εr為450以下，殘留分極值Pr為28μC/cm2以上(實測值41μC/cm2)。此外，根據圖29，於實施例3之膜構造體，相對介電常數εr為450以下，殘留分極值Pr為28μC/cm2以上(實測值45μC/cm2)。
亦即，根據實施例1至實施例3，可知被供給的高頻電力為2250W的場合，形成壓電膜16時的基板溫度在425~475℃之範圍，可得450以下之相對介電常數εr，可得28μC/cm2以上的殘留分極值Pr。又，雖省略詳細說明，但在形成壓電膜16時的基板溫度未滿425℃的場合，或者形成壓電膜16時的基板溫度超過475℃的場合，要得到450以 下的相對介電常數εr是困難的。
(實施例4及實施例5)
於實施例1之膜構造體之製造方法，除了把形成壓電膜16時被供給的高頻電力(功率)由2250W變更為2000W以外，與實施例1之膜構造體之製造方法同樣進行，形成了實施例4之膜構造體。此時，成膜速度為0.20nm/s，比實施例1之0.29nm/s還要小。
此外，於實施例1之膜構造體之製造方法，除了把形成壓電膜16時被供給的高頻電力(功率)由2250W變更為1750W以外，與實施例1之膜構造體之製造方法同樣進行，形成了實施例5之膜構造體。此時，成膜速度為0.17nm/s，比實施例1之0.29nm/s還要小。
針對實施例4及實施例5之膜構造體，對導電膜13與導電膜18之間施加電壓測定了分極的電壓依存性。圖30係顯示實施例4之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。圖31係顯示實施例5之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。
根據圖30，於實施例4之膜構造體，相對介電常數εr為450以下，殘留分極值Pr為28μC/cm2以上(實測值45μC/cm2)。此外，根據圖31，於實施例5之膜構造體，相對介電常數εr為450以下，殘留分極值Pr為28μC/cm2以上(實測值50μC/cm2)。
亦即，根據實施例1、實施例4及實施例5，可知基板溫度為425℃的場合，形成壓電膜16時的被供給的高頻電 力在1750~2250W之範圍，可得450以下之相對介電常數εr，可得28μC/cm2以上的殘留分極值Pr。這應該是高頻電力在1750~2250W之範圍，是高頻電力之值越小，成膜速度越慢，壓電膜16慢慢結晶成長的緣故，提高壓電膜16的單晶性，提高殘留分極值Pr的緣故。
(實施例6至實施例8及比較例2)
於實施例1之膜構造體之製造方法，除了把形成壓電膜16時被供給的高頻電力(功率)之值由2250W變更為2500W以外，與實施例1之膜構造體之製造方法同樣進行，形成了比較例2之膜構造體。這些的條件顯示於圖32。又，圖32係針對實施例1、實施例6至實施例8、比較例1及比較例2之成膜條件以及PZT的繞射角度2θ004及相對介電常數εr等之測定結果之表。
此外，於實施例1之膜構造體之製造方法，除了針對形成壓電膜16時被供給的高頻電力(功率)，以使在後的步驟所供給的高頻電力比在前的步驟所供給的高頻電力之值還要小的方式，分為複數步驟變更其值而供給以外，與實施例1之膜構造體之製造方法同樣進行，形成了實施例6至實施例8之膜構造體。
如此，針對高頻電力，分為複數步驟變更其值而供給的理由，是因為形成壓電膜16的步驟，減少最初供給的高頻電力之值而使成膜速度變小的話，量產性會降低的緣故。另一方面，藉由僅使壓電膜16的上層部緩慢地成長， 作為全體能夠以比較快的成膜速度得到良好的單晶狀的壓電膜16，可得到良好的強介電性。
具體而言，在實施例6之膜構造體之製造方法，形成壓電膜16的步驟之中，在第1道步驟，使供給的高頻電力之值為2250W，使基板溫度為450℃，成膜時間為2100s，形成了具有500nm膜厚的Pb(Zr0.58Ti0.42)O3膜(下層PZT膜)。其次，形成壓電膜16的步驟之中，在第2道步驟，使供給的高頻電力之值為2000W，使基板溫度為450℃，成膜時間為2300s，形成了具有500nm膜厚的Pb(Zr0.58Ti0.42)O3膜(上層PZT膜)。藉此，形成由下層PZT膜及上層PZT膜所構成的壓電膜16。這些的條件顯示於圖32。又，於圖32，作為高頻電力，僅顯示形成上層PZT膜的步驟之值(2000W)。
此外，在實施例7之膜構造體之製造方法，形成壓電膜16的步驟之中，在第1道步驟，使供給的高頻電力之值為2250W，使基板溫度為450℃，成膜時間為4200s，形成了具有1μm膜厚的Pb(Zr0.58Ti0.42)O3膜(下層PZT膜)。其次，形成壓電膜16的步驟之中，在第2道步驟，使供給的高頻電力之值為1750W，使基板溫度為450℃，成膜時間為2300s，形成了具有500nm膜厚的Pb(Zr0.58Ti0.42)O3膜(中層PZT膜)。進而，形成壓電膜16的步驟之中，在第3道步驟，使供給的高頻電力之值為1750W，使基板溫度為425℃，成膜時間為2300s，形成了具有500nm膜厚的Pb(Zr0.58Ti0.42)O3膜(上層PZT膜)。藉此，形成由下 層PZT膜、中層PZT膜及上層PZT膜所構成的壓電膜16。成膜時間的合計為8800s。這些的條件顯示於圖32。又，於圖32，作為高頻電力，僅顯示形成上層PZT膜的步驟之值(1750W)。
此外，在實施例8之膜構造體之製造方法，形成壓電膜16的步驟之中，在第1道步驟，使供給的高頻電力之值為1750W，使基板溫度為450℃，成膜時間為2300s，形成了具有500nm膜厚的Pb(Zr0.58Ti0.42)O3膜(下層PZT膜)。其次，形成壓電膜16的步驟之中，在第2道步驟，使供給的高頻電力之值為1750W，使基板溫度為425℃，成膜時間為2100s，形成了具有400nm膜厚的Pb(Zr0.58Ti0.42)O3膜(中層PZT膜)。進而，形成壓電膜16的步驟之中，在第3道步驟，使供給的高頻電力之值為1500W，使基板溫度為475℃，成膜時間為900s，形成了具有100nm膜厚的Pb(Zr0.58Ti0.42)O3膜(上層PZT膜)。藉此，形成由下層PZT膜、中層PZT膜及上層PZT膜所構成的壓電膜16。成膜時間的合計為5300s。這些的條件顯示於圖32。又，於圖32，作為高頻電力，僅顯示形成上層PZT膜的步驟之值(1500W)。
針對實施例6至實施例8之各個，測定了被形成製作為壓電膜17之PZT膜為止的膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜。亦即，針對實施例6至實施例8之各個，進行了根據θ-2θ法之X線繞射測定。
圖33至圖35之各個，係顯示被形成至PZT膜為止的膜 構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜之例之圖。圖33至圖35之各個的圖的橫軸顯示角度2θ，圖16至圖19之各個的圖的縱軸顯示X線的強度。圖33顯示針對實施例6之結果，圖34顯示針對實施例7之結果，圖35顯示針對實施例8的結果。此外，圖33至圖35顯示90°≦2θ≦110°之範圍。
進而，圖17、圖19及圖33至圖35所得到的2θ004顯示於圖32。又，θ-2θ頻譜的圖示雖然省略，但是比較例2之膜構造體，也是把進行根據XRD法測定θ-2θ頻譜而得到的2θ004顯示於圖32。
如圖33至圖35及圖32所示，於實施例6之膜構造體，2θ004=96.4°，實施例7之膜構造體2θ004=96.1°，實施例8之膜構造體，2θ004=95.9°。此外，如前所述，於實施例1之膜構造體，2θ004=96.5°，雖省略詳細說明，但於實施例2至實施例5之膜構造體，2θ004滿足2θ004≦96.5°。因此，在實施例1至實施例8之膜構造體，2θ004滿足2θ004≦96.5°，可知滿足前述式(數式1)。
此外，針對比較例2及實施例6至實施例8之膜構造體，對導電膜13與導電膜18之間施加電壓測定了分極的電壓依存性。圖36係顯示比較例2之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。圖37係顯示實施例6之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。圖38係顯示實施例7之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。圖39係顯示實施例8之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。
根據圖36及圖32的話，於比較例2之膜構造體，相對 介電常數εr超過450(實測值580)，殘留分極值Pr為未滿28μC/cm2(實測值18μC/cm2)。此外，形成懸臂，使用形成的懸臂測定壓電常數d31時，壓電常數d31為178pm/V。
根據圖37及圖32的話，於實施例6之膜構造體，相對介電常數εr為450以下(實測值330)，殘留分極值Pr為28μC/cm2以上(實測值39μC/cm2)。此外，與比較例2同樣測定壓電常數d31時，壓電常數d31為210pm/V。
此外，根據圖38及圖32的話，於實施例7之膜構造體，相對介電常數εr為450以下(實測值263)，殘留分極值Pr為28μC/cm2以上(實測值48μC/cm2)。此外，與比較例2同樣測定壓電常數d31時，壓電常數d31為220pm/V。
此外，根據圖39及圖32的話，於實施例8之膜構造體，相對介電常數εr為450以下(實測值216)，殘留分極值Pr為28μC/cm2以上(實測值57μC/cm2)。此外，與比較例2同樣測定壓電常數d31時，壓電常數d31為230pm/V。
亦即，根據實施例1至實施例8的話，相對介電常數εr滿足εr≦450，殘留分極值Pr滿足Pr≧28μC/cm2，壓電常數d31滿足d31≧200pm/V，可知滿足前述式(數式1)及式(數式2)。
如前所述，PZT也與PbTiO3同樣，由於使包含薄膜的配向性的結晶性提高，而使得相對介電常數變低。亦即，於實施例1至實施例8，相對介電常數εr低到450以下，顯示壓電膜15變成單晶狀。
所謂壓電現象，是對壓電體施加應力時，藉由壓電體 的晶格形變，而於壓電體產生因應於該形變的電荷的現象。亦即，壓電形變，係把產生於壓電體的電荷密度，除以施加在壓電體的應力之值，在壓電體為強介電質的場合，比例於殘留分極值。
此外，由介電體，與被形成在介電體上下的2個電極所構成的電容器的容量，比例於介電體的相對介電常數與2個電極之各個的面積，但與介電體的厚度，亦即2個電極間的距離成反比。藉由此情形，與前述之對壓電體施加應力時產生電荷的情形，使得壓電形變比例於壓電體構成的介電體之相對介電常數。
比較例1及比較例2以及實施例1及實施例6至實施例8，在求取殘留分極值Pr與相對介電常數εr之積(Pr‧εr)時，如圖32所示，Pr‧εr之值與壓電常數d31成良好的比例關係。亦即，如前所述，確認了壓電形變，比例於殘留分極值，而且比例於相對介電常數。
又，破斷面藉由SEM進行了觀察。其結果，省略詳細說明，相對於在實施例1及實施例6至實施例8，壓電膜16具有良好的單晶性，在比較例1及比較例2，於壓電膜16，於沿著主面的方向相鄰的2個晶粒之間，被觀察到延伸於壓電膜16的厚度方向的龜裂(開裂)，可知壓電膜15的單晶性降低。在圖32，被觀察到龜裂的場合以×表示，未被觀察到龜裂的場合以○表示。
由以上結果，可知膜構造體具有的壓電膜，藉由滿足前述式(數式1)及式(數式2)，可得由高品質的單晶膜 構成的壓電膜，減低壓電膜的相對介電常數，而且可提高壓電膜的壓電特性，所以可使壓電膜的壓電特性提高，而且提高使用了該壓電膜之壓力感測器的檢測感度。
(實施例9及實施例10)
與實施例1之膜構造體之製造方法同樣進行，形成了實施例9之膜構造體。此外，於實施例1之膜構造體之製造方法，除了把PZT的組成由x=0.42變更為x=0.48以外，與實施例1之膜構造體之製造方法同樣進行，形成了實施例10之膜構造體。針對實施例9及實施例10之膜構造體，對導電膜13與導電膜18之間施加電壓測定了分極的電壓依存性。圖40係顯示實施例9之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。圖41係顯示實施例10之膜構造體之分極的電壓依存性之圖。
此外，針對實施例9及實施例10之測定強介電特性及壓電特性等的結果，顯示於表2。於表2，顯示殘留分極值Pr、相對介電常數εr、介電正切tanδ、壓電常數d31、壓電常數g31、壓電常數e31及膜厚。又，在表2，針對壓電常數d31、壓電常數g31及壓電常數e31，不是絕對值而是標以正負號表示。
Figure 111107128-A0101-12-0079-2
如圖40及表2所示，在x=0.42(實施例9)的場合，殘留分極值Pr為50μC/cm2，相對介電常數εr為200，tanδ為0.01%，壓電常數d31為-200pm/V，壓電常數g31為-100×103Vm/N，壓電常數e31為-25C/m2，得到良好的特性。此外，如圖41及表2所示，即使在x=0.48的場合，殘留分極值Pr為60μC/cm2，相對介電常數εr為300，tanδ為0.01%，壓電常數d31為-250pm/V，壓電常數g31為-80×103Vm/N，壓電常數e31為-27C/m2，得到良好的特性。此外，雖省略詳細的說明，但在0.32≦x≦0.52之範圍變更x之值的場合，也可得到良好的特性。由以上結果，可清楚得知包含x=0.42、0.48的場合，在0.32≦x≦0.52之範圍可得良好的特性。
以上根據其實施型態具體說明由本案發明人所完成的發明，但本發明並不以前述實施型態為限，在不逸脫於其要旨的範圍當然可以進行種種的變更。
在本發明的思想的範圍，只要是熟悉該項技藝者(業者)，就可能會想到各種變更例及修正例，針對這些變更例及修正例也應該理解為屬於本發明的範圍。
例如，對於前述各實施型態，熟悉該項技藝者進行適當的、構成要素的追加、削減或者設計變更者，或者進行了步驟的追加、省略或者條件變更者，只要具備本發明之要旨，都包含於本發明的範圍。
20:成膜裝置
21:真空室
21a:底板部
21b、21e:側板部
21c、21f:頂板部
21d:蓋部
22:真空排氣部
23、24:氣體供給部
23a、24a:流量控制器
23b、24b:氣體供給管
25:基板保持部
26:支撐部
27:旋轉驅動部
28:基板加熱部
29:防附著板
29a:冷卻管
31:靶保持部
32:電力供給部
32a:高頻電源
32b:整合器
33:VDC控制部
34:磁石部
35:磁石旋轉驅動部
41、42、45、46、47:導電性構件
43、56:螺絲
44:滑移環
51、52、53、54、55:絕緣性構件
BP1:背板(backing：plate)
CE1:密封部
OP1、OP2、OP3:開口
RA1:旋轉軸
SB:基板
TG:靶
TM1:靶材

Claims (6)

  1. 一種膜構造體，包含：
    由(100)面所構成的主面之矽基板，及
    被形成於前述矽基板上，包含(100)配向的氧化鋯膜之第1膜；
    前述氧化鋯膜，以沿著前述氧化鋯膜的前述主面之<100>方向，與沿著前述矽基板的前述主面之<100>方向成為平行的方式配向。
  2. 如請求項1之膜構造體，進而具備被形成於前述第1膜上，包含(100)配向的金屬膜之導電膜；
    前述金屬膜，以沿著前述金屬膜的前述主面之<100>方向，與沿著前述矽基板的前述主面之<100>方向成為平行的方式配向。
  3. 如請求項2之膜構造體，於前述導電膜上進而具備壓電膜；
    前述壓電膜，以沿著前述壓電膜的主面之<100>方向，與沿著前述矽基板的前述主面之<100>方向成為平行的方式配向。
  4. 如請求項3之膜構造體，前述壓電膜包含(001)配向的鈦酸鋯酸鉛膜。
  5. 如請求項4之膜構造體，前述鈦酸鋯酸鉛膜，具有以下列一般式(化學式1)表示的鈦酸鋯酸鉛所構成的複合氧化物：
    Pb(Zr1-xTix)O3......(化學式1)
    前述x滿足0.32≦x≦0.52。
  6. 如請求項2至5之任一之膜構造體，前述金屬膜為鉑膜。
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